机器人控制技术

前言
第1章绪论1
1.1机器人概述1
1.1.1机器人的起源1
1.1.2机器人的定义与特点2
1.1.3机器人技术的发展3
1.2机器人分类6
1.3机器人的主要技术参数9
第2章机器人运动学分析13
2.1位姿描述与坐标变换13
2.1.1位置和姿态的表示13
2.1.2坐标变换15
2.1.3齐次坐标变换16
2.1.4通用旋转变换18
2.2姿态的欧拉角描述20
2.3连杆描述与DH参数22
2.4典型机械臂结构及正运动学25
2.4.1RRR平面三连杆25
2.4.2RRR拟人臂26
2.4.3RRR球形腕26
2.4.4RRP球形臂28
2.5逆运动学问题30
2.5.1平面三连杆的求解30
2.5.2拟人臂的求解31
2.5.3球形腕的求解32
2.5.4球形臂的求解33
2.6典型6R工业机器人运动学实例34
2.6.1工业机器人 DH建模37
2.6.2工业机器人正运动学分析38
2.6.3工业机器人逆运动学分析40
习题44
第3章机器人坐标系标定48
3.1机器人坐标系标定概述48
3.2机器人工具坐标系的标定48
3.2.1机器人坐标系的定义48
3.2.2工具坐标系的标定50
3.2.3工件坐标系的标定52
3.3标定实例55
习题58
第4章机器人操作臂轨迹规划59
4.1机器人轨迹规划基本概念59
4.2关节空间路径规划62
4.2.1多项式路径规划62
4.2.2抛物线拟合线性插值路径规划64
4.3笛卡儿空间路径规划67
4.3.1轨迹规划的基本描述67
4.3.2空间直线位置插值68
4.3.3空间圆弧位置插值68
4.3.4升降速控制69
4.3.5姿态插值69
习题71
第5章机器人动力学72
5.1雅可比矩阵与速度变换72
5.1.1雅可比矩阵72
5.1.2两关节机器人雅可比矩阵73
5.1.3六关节机器人雅可比矩阵74
5.1.4奇异性74
5.2静力学分析与力雅可比矩阵75
5.2.1静力学分析75
5.2.2力雅可比矩阵77
5.3机器人动力学建模79
5.3.1拉格朗日方程79
5.3.2两关节机器人动力学建模80
5.3.3桁架机器人动力学83
5.4关节空间和操作空间动力学85
5.5一般关节空间动力学86
习题87
第6章机器人关节驱动与线性控制89
6.1机器人控制概述89
6.1.1机器人控制方式89
6.1.2机器人位置控制90
6.1.3二阶线性系统91
6.2机器人传感器92
6.2.1机器人传感器分类92
6.2.2常见的内部传感器93
6.2.3机器人外部传感器94
6.3关节驱动与位置控制95
6.3.1直流电动机模型95
6.3.2单关节建模96
6.3.3单关节位置比例控制97
6.3.4交流伺服电动机与驱动99
6.4工业机器人控制系统举例102
6.4.1工业机器人控制系统102
6.4.2PUMA560机器人工作原理103
习题104
第7章机器人非线性控制105
7.1非线性控制基础105
7.2李雅普诺夫稳定性理论107
7.2.1稳定性基本概念108
7.2.2李雅普诺夫直接法108
7.3PD位置控制113
7.4操作臂的非线性跟踪控制117
7.4.1前馈PD控制117
7.4.2计算力矩控制120
习题122
第8章机器人的力控制123
8.1质量弹簧系统力控制123
8.2约束运动125
8.3力/位置混合控制127
8.4阻抗控制130
8.5力控实例132
8.5.1力/位置混合控制实例132
8.5.2阻抗控制实例132
习题134
第9章机器人视觉136
9.1机器人视觉概述136
9.1.1视觉系统137
9.1.2视觉传感器138
9.2视觉算法与图像处理139
9.2.1数据结构139
9.2.2灰度值变换139
9.2.3图像平滑140
9.2.4傅里叶变换142
9.2.5几何变换143
9.2.6图像分割146
9.2.7特征提取146
9.2.8形态学148
9.2.9边缘提取150
9.33D视觉技术153
9.3.1摄像机模型和参数153
9.3.2摄像机标定154
9.3.3双目立体视觉155
9.3.4光片技术156
9.3.5结构光技术157
9.3.6焦距深度技术158
9.3.7飞行时间技术159
9.4机器人视觉实例160
9.4.1软硬件平台161
9.4.2系统配置162
9.4.3眼手标定162
9.4.4工件的二维图像处理163
9.4.5参考系坐标转换163
习题164
参考文献166