现代机器人系统仿真

本书体现了作者所在课题组在现代机器人领域取得的科技成果，该研究方向获得了国家自然科学基金“基于全局动态非结构化人居环境感知的仿人机器人足迹规划研究（51305436）”、国家重点研发计划“上肢运动功能主动康复机器人系统（2016YFE0128000）”的支持。

机器人系统仿真一直是机器人理论、技术及应用研究的重要及基础性内容之一。刚体机器人、软体机器人和刚软混杂机器人三类机器人系统因物理属性差异，其数学描述、建模方法和相应的仿真方法也存在明显差异。本书按照“理论及方法建立—功能模块及平台实现—典型仿真案例实现及演示”的思路，系统介绍了刚体机器人、软体机器人和刚软混杂机器人三类机器人系统的建模及仿真方法。本书内容及所述方法适用于解决目前常见的机器人操作仿真问题，既可用于相关研究及技术人员的研究及开发参考，也可作为相关领域的研究生及高年级本科生专业用书。本书中仿真案例的源代码可供下载以供研究及学习用。

第1章机器人系统仿真概述/1
1.1引言/1
1.2机器人仿真工具/1
1.2.1常用的机器人仿真器/2
1.2.2物理引擎/9
1.3机器人仿真平台/13
1.3.1ROS发展概况/13
1.3.2ROS架构及基本概念/16
1.3.3基于ROS的机器人仿真平台搭建/21
1.4机器人仿真任务/26
1.5本章小结/28
本章参考文献/28
第2章刚体机器人系统仿真方法/32
2.1引言/32
2.2刚体机器人数学建模/32
2.2.1刚体运动学模型创建/32
2.2.2刚体动力学模型创建/40
2.3机械臂运动仿真/46
2.3.1基本运动仿真/47
2.3.2点对点复杂运动仿真/51
2.4机械臂运动规划/55
2.4.1高维空间随机采样规划/55
2.4.2使用MoveIt!机器人操作框架/69
2.5本章小结/76
本章参考文献/76
第3章刚软混杂机器人系统仿真方法/78
3.1引言/78
3.2刚软混杂机器人仿真研究动机/78
3.3刚软混杂系统数学建模/81
3.3.1刚软混杂系统运动学建模/83
3.3.2刚软混杂系统动力学建模/89
3.4刚软混杂系统运动仿真/95
3.4.1纯软体对象仿真实例/95
3.4.2刚软混杂机器人系统仿真实例/98
3.5本章小结/105
本章参考文献/105
第4章软体机器人系统仿真方法/107
4.1引言/107
4.2基于有限元的建模仿真/107
4.2.1软体材料的本构模型/107
4.2.2综合实例应用/111
4.3软体系统运动仿真/114
4.3.1基于Bullet引擎的软体仿真场景/114
4.3.2软体对象形变仿真实例/117
4.3.3软体机器人仿真实例/121
4.4本章小结/131
本章参考文献/131
第5章机器人系统仿真案例实现/133
5.1引言/133
5.2工业装配机器人系统仿真/133
5.2.1卡槽类装配操作仿真/133
5.2.2孔轴配合装配操作仿真/141
5.3口腔正畸弓丝矫治器制备机器人系统仿真/142
5.3.1可形变弓丝形态仿真/143
5.3.2可形变弓丝弯制规划/145
5.3.3制备过程仿真/148
5.4仿人机器人系统仿真/151
5.4.1仿真环境工作空间创建/152
5.4.2环境数字地图构建/153
5.4.3仿人机器人足迹规划仿真/158
5.5软体爬行机器人系统仿真/162
5.5.1软体爬行机器人的形态学设计与建模/162
5.5.2软体爬行机器人仿真/163
5.6本章小结/165
本章参考文献/166