柔性臂機(jī)器人

內(nèi)容概要

　　《柔性臂機(jī)器人：建模、分析與控制》主要介紹柔性機(jī)器人（包括柔性冗余度機(jī)器人和柔性臂空間機(jī)器人）建模、運(yùn)動(dòng)學(xué)／動(dòng)力學(xué)分析、軌跡規(guī)劃、振動(dòng)抑制與軌跡跟蹤控制的若干方法。全書共分8章，包括緒論、柔性臂機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模、柔性臂空間機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模、柔性冗余度機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析、柔性雙臂空間機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、柔性雙臂空間機(jī)器人軌跡規(guī)劃、柔性臂空間機(jī)器人抑振軌跡規(guī)劃和柔性臂機(jī)器人控制。書中給出了一個(gè)柔性雙臂空間機(jī)器人和一個(gè)兩連桿柔性機(jī)器人的完整的動(dòng)力學(xué)方程，并對所介紹的理論方法給出仿真實(shí)例。
　　本書適合作為高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)研究生的學(xué)習(xí)參考書，也可供從事機(jī)器人研究和應(yīng)用的科技工作者參考。

作者簡介

　　吳立成，博士，副教授，中央民族大學(xué)信息工程學(xué)院副院長，先后承擔(dān)國家自然科學(xué)基金和863計(jì)劃項(xiàng)目各2項(xiàng)，教育部科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目、人力資源和社會(huì)保障部留學(xué)人員科技活動(dòng)項(xiàng)目等10余項(xiàng)；發(fā)明專利4項(xiàng)；發(fā)表論文40余篇，出版教材1部、譯著1部；獲省部級科技進(jìn)步獎(jiǎng)2項(xiàng)。

書籍目錄

第1章 緒論
　1.1 柔性機(jī)器人研究現(xiàn)狀
　　1.1.1 柔性機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模
　　1.1.2 柔性機(jī)器人動(dòng)力學(xué)控制
　1.2 冗余度機(jī)器人研究現(xiàn)狀
　　1.2.1 冗余度機(jī)器人優(yōu)化目標(biāo)及優(yōu)化策略
　　1.2.2 冗余度機(jī)器人優(yōu)化算法的實(shí)現(xiàn)
　　1.2.3 柔性冗余度機(jī)器人研究現(xiàn)狀
　1.3 空間機(jī)器人研究現(xiàn)狀
　　1.3.1 空間機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)建模
　　1.3.2 空間機(jī)器人動(dòng)力學(xué)奇異與工作空間分析
　　1.3.3 空間機(jī)器人本體位姿擾動(dòng)控制
　　1.3.4 空間機(jī)器人非完整路徑規(guī)劃
　　1.3.5 空間機(jī)器人計(jì)算機(jī)仿真
　　1.3.6 柔性臂空間機(jī)器人
　　參考文獻(xiàn)
第2章 柔性臂機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模
　2.1 假設(shè)模態(tài)法
　　2.1.1 平面兩連桿柔性機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)建?！喼Я哼吔鐥l件
　　2.1.2 動(dòng)力學(xué)方程的符號推導(dǎo)
　　2.1.3 動(dòng)力學(xué)方程的離散形式
　2.2 子桿法
　　2.2.1 單個(gè)柔性桿的虛擬剛性子桿及被動(dòng)關(guān)節(jié)模型
　　2.2.2 動(dòng)靜態(tài)參數(shù)計(jì)算
　　2.2.3 子桿數(shù)目及子桿法適用范圍的討論
　　2.2.4 柔性機(jī)器人整體動(dòng)力學(xué)模型
　　2.2.5 結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù)
　　2.2.6 算例仿真及結(jié)果分析
　　參考文獻(xiàn)
第3章 柔性臂空間機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模
　3.1 柔性雙臂空間機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模
　　3.1.1 坐標(biāo)系建立
　　3.1.2 變換矩陣
　　3.1.3 坐標(biāo)向量
　　3.1.4 速度、角速度向量
　　3.1.5 系統(tǒng)動(dòng)能
　　3.1.6 質(zhì)量矩陣
　　3.1.7 剛度矩陣
　　3.1.8 質(zhì)量矩陣對廣義坐標(biāo)的偏導(dǎo)數(shù)
　　3.1.9 離心力和哥氏力
　　3.1.10 廣義主動(dòng)力
　　3.1.11 動(dòng)力學(xué)方程及其分解
　3.2 動(dòng)力學(xué)方程求解
　　3.2.1 求解流程
　　3.2.2 矩陣求逆算法
　　3.2.3 數(shù)值積分算法
　　3.2.4 動(dòng)力學(xué)逆解算法
　　參考文獻(xiàn)
第4章 柔性冗余度機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析
　4.1 柔性冗余度機(jī)器人振動(dòng)控制的復(fù)模態(tài)算法
　　4.1.1 剛性冗余度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)反解基本問題概述
　　4.1.2 柔性冗余度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)反解
　　4.1.3 柔性冗余度機(jī)器人的計(jì)算力矩抑振控制原理
　　4.1.4 自運(yùn)動(dòng)選擇方法
　　4.1.5 算例仿真及結(jié)果分析
　4.2 柔性冗余度機(jī)器人的力矩優(yōu)化
　……
第5章 柔性雙臂空間機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
第6章 柔性雙臂空間機(jī)器人軌跡規(guī)劃
第7章 柔性臂空間機(jī)器人抑振軌跡規(guī)劃
第8章 柔性臂機(jī)器控制
索引

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   第1章 緒論 自古以來，人們就幻想著制造某種與人類自身所具有的功能相似的機(jī)器裝置。我國古典名著《三國演義》中諸葛亮制作木牛流馬運(yùn)送糧草的故事，就是這種幻想在文學(xué)作品中的體現(xiàn)。人類真正開始實(shí)現(xiàn)這一幻想，對機(jī)器人技術(shù)展開廣泛研究卻是近幾十年的事，并且現(xiàn)在所說的機(jī)器人一般指工業(yè)機(jī)器人。自1961年第一臺商用工業(yè)機(jī)器人Unimate問世以來，機(jī)器人因其廣泛的應(yīng)用背景得到了迅猛的發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)成為當(dāng)今高科技發(fā)展的一個(gè)重要方向。機(jī)器人學(xué)作為研究機(jī)器人及其相關(guān)技術(shù)的科學(xué)，也已成為涉及機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)、傳感器和人工智能等多個(gè)領(lǐng)域的綜合性學(xué)科。 近幾年來，航空航天等領(lǐng)域?qū)C(jī)器人的性能提出了越來越高的要求。研究輕質(zhì)、重載、高速、高精度、高靈活性、高適應(yīng)性、智能化的機(jī)器人已成為時(shí)代的需求。要滿足輕質(zhì)、高速等要求，就必須對機(jī)器人的結(jié)構(gòu)柔性進(jìn)行研究，即研究柔性機(jī)器人。機(jī)械臂中的柔性可能出現(xiàn)在關(guān)節(jié)和連桿兩個(gè)地方。關(guān)節(jié)的柔性一般可以看成是扭曲的彈簧。如傳動(dòng)系統(tǒng)認(rèn)為是柔性的，則柔性可能是由減速器、軸桿、傳動(dòng)鏈引起的。連桿的柔性可能是由連桿的扭曲、彎曲和拉伸引起的。由于柔性連桿機(jī)械臂所涉及的問題更復(fù)雜，而應(yīng)用對其需求也更高，除空間機(jī)械臂外，即便是普通的地面用途的機(jī)械臂，當(dāng)機(jī)械臂高速運(yùn)行、其連桿做得很長或末端負(fù)載較重時(shí)，連桿的彈性和可能激發(fā)的振動(dòng)就成了不可忽略的因素。連桿彈性的存在不但使得機(jī)械臂的控制變得困難，而且易激發(fā)結(jié)構(gòu)共振導(dǎo)致系統(tǒng)損壞。由于柔性連桿的機(jī)械臂的建模和控制比柔性關(guān)節(jié)機(jī)械臂的建模和控制更復(fù)雜，因此，在理論上柔性連桿機(jī)械臂的研究應(yīng)吸引更多的注意力。 要使機(jī)器人具有高靈活性和高適應(yīng)性，機(jī)器人應(yīng)具有較多的自由度，甚至自由度冗余而成為冗余度機(jī)器人。一方面，柔性機(jī)器人要走向?qū)嵱?，要具有高靈活性和適應(yīng)性，必然會(huì)從一桿發(fā)展到多桿，再發(fā)展到運(yùn)動(dòng)學(xué)冗余。另一方面，機(jī)器人一般為開鏈機(jī)構(gòu)，冗余度的要求使機(jī)器人機(jī)構(gòu)鏈增長，忽略柔性變形將很難獲得高精度。另外，冗余度機(jī)器人所具有的冗余特性還可用來改善柔性機(jī)器人的柔性效應(yīng)。因此，有必要將柔性機(jī)器人和冗余度機(jī)器人的研究結(jié)合起來，即研究柔性冗余度機(jī)器人。這一領(lǐng)域的研究有望獲得滿足輕質(zhì)、重載、高速、高精度、高靈活性、高適應(yīng)性等要求的高性能機(jī)器人，因此具有重要的研究價(jià)值。國內(nèi)外已有眾多學(xué)者開始了這一新領(lǐng)域的研究，并取得了不少有價(jià)值的理論研究成果。

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《柔性臂機(jī)器人:建模、分析與控制》適合作為高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)研究生的學(xué)習(xí)參考書，也可供從事機(jī)器人研究和應(yīng)用的科技工作者參考。

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