机器人动力学控制

本书面向机器人工程专业教学需求，结合电机拖动及自动控制相关内容，介绍机器人运动学和动力学控制的基础知识，主要包括绪论、机器人运动学及动力学模型、机器人关节传动系统、机器人关节驱动与控制、机器人轨迹规划与控制、机器人非线性动力学控制、机器人力控制及力位柔顺控制等内容，旨在使学生掌握机器人控制系统的基本原理和相关知识，形成并建立对机器人这一类特殊控制对象的系统性概念，为深入学习机器人高级智能控制奠定必要的理论基础。本书既可作为高等院校机器人工程专业及其他相关交叉专业本科生的教材，也可供研究生及工程技术人员参考。

第0章 绪论 1
0.1 机器人的概念及其发展历程 1
0.2 机器人的组成与结构 4
0.3 机器人与传统机械的关系 5
0.4 机器人的感知、驱动与控制 7
0.5 人、机器人与环境 8
第1章 机器人运动学及动力学模型 10
1.1 机器人位姿求解 10
1.2 机器人速度分析 13
1.3 机器人静力分析 18
1.4 转动惯量及惯性张量 20
1.5 机器人动力学建模方法 23
1.6 机械臂动力学模型 27
1.7 两连杆平面机械臂的动力学建模 32
1.8 带平行四边形机构的机械臂 36
思考题与习题 42
第2章 机器人关节传动系统 45
2.1 机器人关节传动系统的组成与结构 46
2.2 关节传动参数计算 48
2.3 负载 50
2.4 运动精度 53
2.5 机器人驱动电机 56
2.6 机器人关节传感器 69
2.7 机器人关节控制系统 73
2.8 电机传动系统的效率 74
2.9 多电机共轴驱动系统 75
2.10 并联机构机器人 76
思考题与习题 78
第3章 机器人关节驱动与控制 80
3.1 闭环反馈控制 80
3.2 一阶系统 83
3.3 二阶系统 85
3.4 典型希望特性系统 88
3.5 PID控制方法 90
3.6 直流电机驱动系统的伺服控制 95
3.7 机器人单关节轨迹控制 102
3.8 前馈控制 103
3.9 考虑关节柔性的控制 104
思考题与习题 108
第4章 机器人轨迹规划与控制 109
4.1 机械臂关节空间与笛卡儿空间的运动变换 110
4.2 机械臂通过系列路径点的运动 112
4.3 机械臂笛卡儿空间轨迹规划 117
4.4 机器人示教及离线编程 124
4.5 数控机床轨迹插补控制 127
4.6 机器人控制系统设计 130
4.7 基于单关节伺服的机器人轨迹控制 134
4.8 多电机共轴驱动系统的控制 137
4.9 视觉伺服 141
思考题与习题 146
第5章 机器人非线性动力学控制 147
5.1 质量-弹簧-阻尼系统的模型 147
5.2 电机系统的动力学模型 148
5.3 刚度模型 149
5.4 双质量模型 151
5.5 基于状态空间的控制模型 152
5.6 李雅普诺夫稳定性 158
5.7 质量-弹簧-阻尼系统的PD控制 161
5.8 基于控制律分解的控制方法 163
5.9 跟踪系统的PD控制方法 164
5.10 干扰的抑制作用 165
5.11 非线性系统的PD控制方法 167
5.12 基于控制律分解的机器人PD控制 169
5.13 反馈线性化及逆动力学控制 172
5.14 自适应控制 174
5.15 鲁棒控制 178
思考题与习题 180
第6章 机器人力控制及力位柔顺控制 181
6.1 质量-弹簧-阻尼系统的力控制 181
6.2 自然约束与人工约束 184
6.3 机器人力位混合控制 187
6.4 柔性环境模型 189
6.5 柔性环境中的力控制 192
6.6 柔性环境中的力位混合控制 195
6.7 机器人阻抗/导纳控制 202
6.8 实际机器人的力位柔顺控制问题 206
6.9 机器学习方法与机器人动力学控制 208
思考题与习题 210
参考文献 211