面向人机协作的仿人柔性关节与安全避碰技术

全书共6章，由点到面地阐述人机协作机器人的部分关键理论与技术，主要包括连续运动意图识别、关节时变刚度估计、仿人关节柔性生成、安全避障和双臂动力学建模相关研究。首先，通过研究人体肘关节肌肉驱动特性，提出一种基于力矩补偿的关节仿人柔顺控制方法；然后，分别研究了基于主从任务转化的闭环控制避障算法和无外传感器的非预测性碰撞检测算法；最后，提出一种双臂协作机器人动力学建模方法。
本书适合对机器人数学基础、运动学与动力学建模、规划与控制等基础知识有一定了解的高校学生、科研人员或相关行业从业人员参考学习。

 

第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 协作机器人国内外研究现状
1.2.1 仿人关节机理研究国内外现状
1.2.2 协作机器人安全避障国内外研究现状
1.2.3 双臂协作机器人协调系统模型国内外研究现状
1.3 本书概要及展望
参考文献
第2章 基于生物力学分析的关节柔性机理研究
2.1 关节连续运动生成机理研究
2.1.1 关节连续运动生理学描述
2.1.2 sEMG正向动力学建模
2.2 基于Hill模型的肌肉力学建模
2.2.1 肌肉活跃度建模
2.2.2 肌肉收缩动力学建模
2.3 基于生理结构模型的肘关节动力学建模
2.3.1 肘关节生理结构建模
2.3.2 肘关节动力学建模
2.3.3 模型参数辨识
2.4 关节连续运动估计实验结果与分析
2.4.1 实验方案
2.4.2 实验结果
2.4.3 结果分析
2.5 关节刚度识别方法研究
2.5.1 基于扰动实验法的关节刚度估计
2.5.2 基于模型估计法的关节刚度估计
2.6 基于短程肌肉刚度的骨骼肌时变刚度建模
2.6.1 短程肌肉刚度建模
2.6.2 骨骼肌时变刚度建模
2.7 基于生理模型的肘关节时变刚度建模
2.7.1 肘关节刚度生理结构建模
2.7.2 肘关节刚度动力学建模
2.7.3 模型参数辨识
2.8 关节时变刚度估计实验结果与分析
2.8.1 实验方案
2.8.2 实验结果
2.8.3 结果分析
本章小结
参考文献
第3章 基于力矩补偿的机器人柔性关节
3.1 融合谐波传动的关节动力学建模
3.1.1 关节简化模型
3.1.2 关节柔性分析与建模
3.1.3 基于谐波传动的关节动力学模型
3.2 基于最小二乘法的关节参数辨识
3.2.1 关节摩擦参数辨识
3.2.2 关节刚度辨识
3.2.3 关节整体离线参数辨识
3.3 基于力反馈的关节零力控制研究
3.3.1 关节扭矩估算方法
3.3.2 关节重力矩和摩擦力矩补偿
3.3.3 基于力矩补偿的关节零力控制实验
本章小结
参考文献
第4章 协作机器人避障算法研究
4.1 障碍物的定位研究
4.1.1 图像预处理
4.1.2 图像处理中的坐标系关系
4.1.3 空间点重建
4.2 协作机器人避障算法研究
4.2.1 避障算法的确定
4.2.2 平面三自由度机器人建模
4.2.3 避障指标的确定
4.2.4 基于主从任务转化的闭环控制避障算法建模
4.2.5 仿真实验与分析
4.3 避障实验研究
4.3.1 软件开发工具
4.3.2 实验平台
4.3.3 避障实验及分析
本章小结
参考文献
第5章 协作机器人安全碰撞检测研究
5.1 柔性关节机器人动力学建模
5.2 基于二阶前馈广义动量的机器人碰撞检测算法
5.2.1 无外传感器的碰撞检测算法
5.2.2 六自由度协作机器人碰撞检测算法仿真
5.3 基于加权最小二乘滤波算法的参数优化与阈值设定
5.3.1 加权线性最小二乘滤波参数优化
5.3.2 机器人关节电流滤波优化
5.3.3 基于最小二乘法各关节摩擦辨识
5.3.4 基于衡量参数的动态阈值设定
5.4 协作机器人碰撞检测实验研究
5.4.1 协作机器人碰撞检测平台
5.4.2 外力干扰实验验证分析
5.4.3 碰撞检测位置实验研究
本章小结
参考文献
第6章 双臂协作机器人相对动力学建模
6.1 双臂协作机器人运动学建模
6.1.1 双臂协作机器人广义连杆坐标系
6.1.2 双臂协作机器人广义连杆变换矩阵
6.2 雅可比矩阵求解方法
6.2.1 矢量积法
6.2.2 微分变换法
6.2.3 运动学方程求导法
6.2.4 矢量解析法
6.3 双臂协作机器人相对雅可比矩阵求解研究
6.3.1 旋转矩阵变换
6.3.2 平移矢量变换
6.3.3 双臂协作机器人相对雅可比矩阵
6.4 双臂协作机器人动力学建模
6.4.1 匀质连杆动能求解方法
6.4.2 双臂协作机器人系统动能与位能
6.4.3 双臂机器人动力学模型的建立
6.5 双臂协作机器人相对动力学建模
6.6 基于双臂相对动力学模型的仿真与实验
6.6.1 仿真条件设定
6.6.2 仿真与实验分析
本章小结
参考文献