機器人動力學(xué)與系統(tǒng)控制

譯者序
前言
第1章　緒論1
　1.1　寫作目的1
　1.2　機器人系統(tǒng)的起源3
　1.3　機器人系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)4
　1.4　機械手5
　　1.4.1　機械手的典型結(jié)構(gòu)6
　　1.4.2　機械手的分類7
　　1.4.3　機械手示例9
　　1.4.4　球形手腕12
　　1.4.5　關(guān)節(jié)型機器人13
　1.5　移動機器人13
　　1.5.1　仿人機器人13
　　1.5.2　自主地面車輛14
　　1.5.3　無人機15
　　1.5.4　自主海上航行器15
　1.6　機器人動力學(xué)與控制問題概述16
　　1.6.1　正向運動學(xué)17
　　1.6.2　逆向運動學(xué)18
　　1.6.3　正向動力學(xué)18
　　1.6.4　逆向動力學(xué)和反饋控制19
　　1.6.5　機器人車輛的動力學(xué)與控制20
　1.7　本書主要內(nèi)容20
　1.8　習(xí)題21
第2章　運動學(xué)基礎(chǔ)23
　2.1　基和坐標(biāo)系23
　　2.1.1　N-元組和M×N陣列24
　　2.1.2　向量、基和坐標(biāo)系25
　2.2　旋轉(zhuǎn)矩陣31
　2.3　旋轉(zhuǎn)矩陣的參數(shù)化33
　　2.3.1　單軸旋轉(zhuǎn)34
　　2.3.2　旋轉(zhuǎn)矩陣的級聯(lián)36
　　2.3.3　歐拉角37
　　2.3.4　軸角度參數(shù)化42
　2.4　位置、速度和加速度44
　2.5　角速度和角加速度49
　　2.5.1　角速度49
　　2.5.2　角加速度53
　2.6　運動學(xué)理論53
　　2.6.1　角速度的加法53
　　2.6.2　相對速度55
　　2.6.3　相對加速度56
　　2.6.4　常見坐標(biāo)系58
　2.7　習(xí)題60
　　2.7.1　關(guān)于N-元組和M×N數(shù)組的習(xí)題60
　　2.7.2　關(guān)于向量、基和坐標(biāo)系的習(xí)題61
　　2.7.3　關(guān)于旋轉(zhuǎn)矩陣的習(xí)題62
　　2.7.4　關(guān)于位置、速度和加速度的習(xí)題65
　　2.7.5　關(guān)于角速度的習(xí)題65
　　2.7.6　關(guān)于運動學(xué)理論的習(xí)題66
　　2.7.7　關(guān)于相對速度和加速度的習(xí)題66
　　2.7.8　關(guān)于常見坐標(biāo)系的習(xí)題68
第3章　機器人系統(tǒng)運動學(xué)69
　3.1　齊次變換與剛體運動69
　3.2　理想關(guān)節(jié)73
　　3.2.1　移動關(guān)節(jié)74
　　3.2.2　轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)74
　　3.2.3　其他理想關(guān)節(jié)75
　3.3　Denavit-Hartenberg約定77
　　3.3.1　DH約定中的運動鏈與編號77
　　3.3.2　DH約定中坐標(biāo)系的定義78
　　3.3.3　DH約定中的齊次變換78
　　3.3.4　DH步驟80
　　3.3.5　DH約定中的角速度與速度84
　3.4　正向運動學(xué)的遞歸O(N)公式87
　　3.4.1　速度和角速度的遞歸計算89
　　3.4.2　效率和計算成本91
　　3.4.3　加速度和角加速度的遞歸計算94
　3.5　逆向運動學(xué)104
　　3.5.1　可解性104
　　3.5.2　解析法106
　　3.5.3　優(yōu)化方法115
　　3.5.4　逆速度運動學(xué)119
　3.6　習(xí)題120
　　3.6.1　關(guān)于齊次變換的習(xí)題120
　　3.6.2　關(guān)于理想關(guān)節(jié)及約束的習(xí)題121
　　3.6.3　關(guān)于DH約定的習(xí)題122
　　3.6.4　關(guān)于運動鏈角速度和速度的習(xí)題122
　　3.6.5　關(guān)于逆向運動學(xué)的習(xí)題125
第4章　牛頓歐拉方程126
　4.1　剛體的線性動量126
　4.2　剛體的角動量129
　　4.2.1　基本原理129
　　4.2.2　角動量和慣性133
　　4.2.3　慣性矩陣的計算136
　4.3　牛頓歐拉方程146
　4.4　剛體的歐拉方程149
　4.5　機械系統(tǒng)的運動方程150
　　4.5.1　總體方法150
　　4.5.2　受力圖151
　4.6　控制方程的結(jié)構(gòu)：牛頓歐拉方程164
　　4.6.1　微分代數(shù)方程164
　　4.6.2　常微分方程166
　4.7　遞歸牛頓歐拉方程167
　4.8　運動方程的遞歸推導(dǎo)173
　4.9　習(xí)題175
　　4.9.1　關(guān)于線性動量的習(xí)題175
　　4.9.2　關(guān)于質(zhì)心的習(xí)題177
　　4.9.3　關(guān)于慣性矩陣的習(xí)題179
　　4.9.4　關(guān)于角動量的習(xí)題180
　　4.9.5　關(guān)于牛頓歐拉方程的習(xí)題181
第5章　分析力學(xué)182
　5.1　哈密頓原理182
　　5.1.1　廣義坐標(biāo)182
　　5.1.2　泛函與變分法183
　　5.1.3　保守系統(tǒng)的哈密頓原理186
　　5.1.4　剛體的動能191
　5.2　保守系統(tǒng)的拉格朗日方程194
　5.3　哈密頓擴展原理196
　5.4　用于機器人系統(tǒng)的拉格朗日方程207
　　5.4.1　自然系統(tǒng)207
　　5.4.2　拉格朗日方程和D-H約定210
　5.5　約束系統(tǒng)212
　5.6　習(xí)題215
　　5.6.1　關(guān)于哈密頓原理的習(xí)題215
　　5.6.2　關(guān)于拉格朗日方程的習(xí)題217
　　5.6.3　關(guān)于哈密頓擴展原理的習(xí)題217
　　5.6.4　關(guān)于約束系統(tǒng)的習(xí)題221
第6章　機器人系統(tǒng)的控制222
　6.1　控制問題的結(jié)構(gòu)222
　　6.1.1　定點和跟蹤反饋控制問題223
　　6.1.2　開環(huán)和閉環(huán)控制223
　　6.1.3　線性與非線性控制223
　6.2　穩(wěn)定性理論的基礎(chǔ)224
　6.3　先進穩(wěn)定性理論技術(shù)229
　6.4　李雅普諾夫直接方法230
　6.5　不變性原則232
　6.6　動態(tài)逆或計算力矩方法236
　6.7　近似動態(tài)逆和模糊性243
　6.8　基于無源性的控制器253
　6.9　執(zhí)行器模型256
　　6.9.1　電動