机器人控制技术基础

本书旨在为读者提供研究机器人控制系统的基础知识，使读者具备构建机器人控制系统的基本能力。为此，本书以机械臂为研究对象，系统地讨论了机器人控制系统架构、运动控制和力控制基本原理、机器人动力学模型在伺服控制中的应用。本书内容前后连贯、难度循序渐进，以单关节和平面2R机器人为贯穿全书的研究对象，通过实例分析和编程验证，使读者理解书中讨论的各种控制算法。 本书第1章概述机器人控制系统的演变过程，讨论控制系统软硬件架构和设计流程；第2章总结机器人系统建模方法，给出研究对象的动力学模型；第3章介绍实现机器人运动控制的基本原理；第4章讨论机器人常用电机的特性；第5章研究独立关节经典PID控制器在机器人控制中的适用条件和设计方法，给出速度、加速度和力矩前馈增益的计算方法；第6章研究基于逆动力学模型的机器人线性化控制方法；第7章讨论机器人力控制的基本概念、力位混合控制器和阻抗控制器设计方法。 本书可以作为高等工科院校机器人工程、机械工程、自动化工程等本科专业的专业课教材，也可供从事机器人研究开发的工程技术人员和科研人员使用与参考。

王巍，2000年毕业于北京航空航天大学机器人研究所，获机械电子工程专业博士学位。从事机器人相关的教学和科研工作20余年，现任北京航空航天大学机器人工程专业责任教授，负责专业课程建设。主要科研成果如下：主持研制工业、特种和服务机器人系统样机26套，主持研发和交付机器人产品8种，主持建设服务机器人生产线1套，发表SCI论文42篇、其他论文近二百篇，获批国家发明26项，出版教材和译著8本，获得国际会议最佳论文奖1项

目录 第1章绪论(1) 1.1机器人控制系统发展历史(1) 1.2机器人控制系统概述(8) 1.3机器人控制系统设计的一般流程(14) 1.4本书研究内容(15) 1.5章节安排与内容导读(17) 1.6学习目标(17) 1.7如何使用本书(18) 习题(18) 第2章机器人建模(19) 2.1刚体位姿描述(19) 2.2机器人运动学建模(34) 2.3速度和静力雅可比(45) 2.4机器人动力学建模(53) 本章小结(63) 习题(64) 第3章机器人轨迹生成与运动控制(69) 3.1机器人运动控制的概念和流程(70) 3.2机器人轨迹生成算法(76) 3.3机器人运动控制的实现(93) 3.4机器人控制问题和方法的分类(104) 3.5机器人控制程序示例(108) 本章小结(113) 习题(114) 第4章机器人常用电机及驱动器(117) 4.1步进电机及其驱动器(119) 4.2有刷直流永磁伺服电机及其驱动器(134) 4.3无刷永磁伺服电机及其驱动器(148) 4.4三种伺服电机的特点和适用场合(154) 4.5伺服驱动器简介(155) 本章小结(156) 习题(157) 第5章经典分散运动控制(158) 5.1机器人关节电机的开环控制模型(158) 5.2驱动空间逆动力学方程的非线性与分解(169) 5.3独立关节位置PID控制器(182) 5.4集中前馈补偿位置PID控制器(202) 5.5PID控制器的离散化(209) 本章小结(214) 习题(215) 第6章逆动力学运动控制(218) 6.1误差动力学方程(218) 6.2逆动力学控制器的设计(223) 6.3集中前馈补偿位置PID控制器的问题(228) 6.4机器人逆动力学运动控制器(230) 6.5操作空间运动控制概述(239) 本章小结(244) 习题(244) 第7章机器人力控制基础(246) 7.1机器人力控制的基本概念(246) 7.2完全刚性约束下的力控制(248) 7.3刚性约束与力位混合控制(250) 7.4弹性约束下的阻抗控制(261) 本章小结(274) 习题(275) 参考文献(276)