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柔體機器人的動力學與控制技術/褚明 版權信息
- ISBN：9787563557868
- 條形碼：9787563557868 ; 978-7-5635-5786-8
- 裝幀：平裝-膠訂
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
柔體機器人的動力學與控制技術/褚明 本書特色
人類對太空探索的不斷深入使得空間任務越來越多，而太空環境的特殊性和危險性使得很多任務不能完全依靠宇航員完成。空間柔性機械臂具有適應太空惡劣作業環境的能力，采用機械臂協助或代替宇航員完成一些太空作業在經濟性和安全性兩方面都具有現實意義，已成為當前空間技術領域的重要研究方向。本書以柔體機器人為研究對象，對其動力學特性和相關的主動控制策略展開了深入的分析和研究，對柔體機器人的相關動力學特性和控制策略進行實驗研究，搭建地面氣浮式微重力模擬綜合實驗平臺，設計并完成柔性關節的位置跟蹤與測試、柔性臂的試驗模態分析、柔性臂殘余振動的主動控制等典型實驗。
柔體機器人的動力學與控制技術/褚明 內容簡介
人類對太空探索的不斷深入使得空間任務越來越多，而太空環境的特殊性和危險性使得很多任務不能完全依靠宇航員完成。空間柔性機械臂具有適應太空惡劣作業環境的能力，采用機械臂協助或代替宇航員完成一些太空作業在經濟性和安全性兩方面都具有現實意義，已成為當前空間技術領域的重要研究方向。本書以柔體機器人為研究對象，對其動力學特性和相關的主動控制策略展開了深入的分析和研究，對柔體機器人的相關動力學特性和控制策略進行實驗研究，搭建地面氣浮式微重力模擬綜合實驗平臺，設計并完成柔性關節的位置跟蹤與測試、柔性臂的試驗模態分析、柔性臂殘余振動的主動控制等典型實驗。
柔體機器人的動力學與控制技術/褚明 目錄
1.1引言1
1.2柔體機器人系統的應用現狀1
1.3柔體機器人關鍵技術研究現狀4
1.3.1柔體機器人的動力學關鍵技術4
1.3.2柔體機器人的主動控制6
1.4柔體機器人的研究價值和學術意義7
第2章柔體機器人的剛/ 柔/ 控耦合模態特性8
2.1引言8
2.2柔體機器人的動力學/ 控制器耦合模態分析9
2.2.1柔性關節/柔性臂桿系統的力學模型9
2.2.2關節控制器作用下的反饋約束特性10
2.2.3動態約束的復雜邊界條件10
2.2.4頻域內的模態分析11
2.2.5狀態空間求解的復模態法13
2.2.6數值仿真與分析16
2.3柔體機器人的剛/柔耦合模態分析19
2.3.1大范圍剛體運動時的模態分析19
2.3.2數值仿真與分析20
2.4多自由度柔體機器人的有限元模態分析21
2.4.1虛擬樣機技術21
2.4.2多柔體系統的有限元分析22
2.4.3某型多自由度柔體機器人的模態分析仿真24
2.5本章小結26
第3章柔體機器人的動力學方程與數值方法27
3.1引言27
3.2多柔體系統動力學28
3.2.1柔體機器人剛/柔/控耦合建模的變分原理28
3.2.2單連桿大柔度機器人的動力學模型34
3.2.3雙連桿大柔度機器人的動力學模型35
3.3柔體機器人stiff微分方程的數值方法37
3.3.1拉氏空間、哈氏空間與狀態空間37
3.3.2閉環狀態反饋stiff方程的PIM法40
3.3.3柔體機器人微分方程PIM法的數值實驗41
3.4數值仿真與分析45
3.5本章小結48
第4章柔性關節摩擦和不確定補償的軌跡控制49
4.1引言49
4.2柔性關節的動力學模型50
4.2.1摩擦環節與預測模型50
4.2.2柔性關節的標稱力學模型52
4.2.3柔性關節的動態不確定力學模型53
4.3柔性關節摩擦和不確定項補償的高精度軌跡控制54
4.3.1級聯系統的反演魯棒控制54
4.3.2小波神經網絡的結構設計56
4.3.3動態不確定柔性關節的小波神經—魯棒復合控制59
4.3.4穩定性分析65
4.4數值仿真與分析66
4.5本章小結69
第5章柔體機器人的振動主動控制70
5.1引言70
5.2微分幾何反饋線性化71
5.2.1光滑函數、向量場和微分同胚71
5.2.2李導數及其相對階72
5.2.3單輸入-單輸出系統的反饋線性化73
5.2.4多輸入-多輸出系統的反饋線性化76
5.3柔體機器人反饋觀測的穩定性分析77
5.3.1單連桿柔性臂的反饋線性化和穩定性77
5.3.2雙連桿柔性臂的穩定反饋觀測器設計80
5.4柔體機器人的全局終端滑模振動魯棒控制82
5.5數值仿真與分析85
5.6本章小結87
第6章大負載柔體機器人的動力學模型88
6.1引言88
6.2Kane方法88
6.2.1廣義速率、偏速度和偏角速度88
6.2.2Kane方程的建立89
6.3大負載單柔桿的彎曲振動模態分析89
64大負載單柔桿的運動學分析95
6.5大負載單柔桿的動力學建模96
6.5.1廣義速率、偏速度和偏角速度96
6.5.2動力學方程97
6.6本章小結101
第7章大負載柔體機器人的振動控制102
7.1引言102
7.2基于奇異攝動的系統分解102
7.3滑模變結構控制器設計103
7.3.1滑模變結構控制103
7.3.2滑模變結構控制器設計104
7.3.3抖振問題105
7.4*優控制器設計106
7.4.1*優控制的數學描述106
7.5大負載柔體機器人控制算法107
7.5.1混合控制方法107
7.5.2狀態反饋控制設計114
7.6本章小結118
第8章柔體機器人接觸操作的阻抗控制119
8.1引言119
8.2阻抗控制算法原理119
8.2.1阻抗控制模型119
8.2.2目標控制參數性能分析120
8.3柔體機器人阻抗控制算法122
8.4數值仿真123
8.4.1運動空間下的軌跡跟蹤123
8.4.2接觸操作時固定點的力控制126
8.4.3接觸操作時的接觸力控制126
8.5本章小結128
第9章軟接觸柔體機器人的關節結構設計129
9.1引言129
9.2關節功能需求分析129
9.3關節阻尼緩沖方法131
9.3.1磁流變液131
9.3.2阻尼緩沖方法132
9.4關節方案設計132
9.4.1驅動傳動機構設計133
9.4.2可控柔性組件設計135
9.4.3可控柔性組件136
9.5本章小結137
第10章軟接觸柔體機器人的動力學分析138
10.1引言138
10.2軟接觸阻尼緩沖任務分析與設計138
10.3軟接觸單關節動力學特性分析139
10.3.1z軸直線方向受接觸力后的動力學仿真139
10.3.2z軸直線和旋轉方向受接觸力后動力學仿真141
10.3.3空間六維方向動力學仿真142
10.4軟接觸柔體機器人的動力學特性仿真分析145
10.5本章小結148
第11章軟接觸柔體機器人的動力學模型150
11.1引言150
11.2基于Kane方法的質點系和剛體系方程150
11.2.1質點系下的Kane方程150
11.2.2剛體系統的Kane方程151
11.3具有可控阻尼的柔體機器人模型152
11.4運動學分析153
11.4.1廣義坐標153
11.4.2變換矩陣154
11.4.3偏角速度及其導數154
11.4.4偏線速度及其導數155
11.4.5柔體機器人的運動學方程156
11.5動力學分析157
11.5.1剛體k的受力分析157
11.5.2等效主動力（矩）158
11.5.3等效慣性力（矩）159
11.5.4柔體機器人的動力學方程159
11.6算例仿真159
11.7本章小結161
第12章軟接觸柔體機器人的振動控制163
12.1引言163
12.2微粒群優化算法163
12.3基于微粒群優化的軟接觸柔體機器人抑振策略167
12.3.1目標函數的確定167
12.3.2算法及參數選擇167
12.3.3算法終止條件168
12.3.4控制具體流程168
12.4軟接觸柔體機器人的PID振動控制169
12.4.1控制器的設計169
12.4.2參數選擇169
12.5兩種控制方案的仿真對比170
12.6本章小結176
參考文獻177
1.2柔體機器人系統的應用現狀1
1.3柔體機器人關鍵技術研究現狀4
1.3.1柔體機器人的動力學關鍵技術4
1.3.2柔體機器人的主動控制6
1.4柔體機器人的研究價值和學術意義7
第2章柔體機器人的剛/ 柔/ 控耦合模態特性8
2.1引言8
2.2柔體機器人的動力學/ 控制器耦合模態分析9
2.2.1柔性關節/柔性臂桿系統的力學模型9
2.2.2關節控制器作用下的反饋約束特性10
2.2.3動態約束的復雜邊界條件10
2.2.4頻域內的模態分析11
2.2.5狀態空間求解的復模態法13
2.2.6數值仿真與分析16
2.3柔體機器人的剛/柔耦合模態分析19
2.3.1大范圍剛體運動時的模態分析19
2.3.2數值仿真與分析20
2.4多自由度柔體機器人的有限元模態分析21
2.4.1虛擬樣機技術21
2.4.2多柔體系統的有限元分析22
2.4.3某型多自由度柔體機器人的模態分析仿真24
2.5本章小結26
第3章柔體機器人的動力學方程與數值方法27
3.1引言27
3.2多柔體系統動力學28
3.2.1柔體機器人剛/柔/控耦合建模的變分原理28
3.2.2單連桿大柔度機器人的動力學模型34
3.2.3雙連桿大柔度機器人的動力學模型35
3.3柔體機器人stiff微分方程的數值方法37
3.3.1拉氏空間、哈氏空間與狀態空間37
3.3.2閉環狀態反饋stiff方程的PIM法40
3.3.3柔體機器人微分方程PIM法的數值實驗41
3.4數值仿真與分析45
3.5本章小結48
第4章柔性關節摩擦和不確定補償的軌跡控制49
4.1引言49
4.2柔性關節的動力學模型50
4.2.1摩擦環節與預測模型50
4.2.2柔性關節的標稱力學模型52
4.2.3柔性關節的動態不確定力學模型53
4.3柔性關節摩擦和不確定項補償的高精度軌跡控制54
4.3.1級聯系統的反演魯棒控制54
4.3.2小波神經網絡的結構設計56
4.3.3動態不確定柔性關節的小波神經—魯棒復合控制59
4.3.4穩定性分析65
4.4數值仿真與分析66
4.5本章小結69
第5章柔體機器人的振動主動控制70
5.1引言70
5.2微分幾何反饋線性化71
5.2.1光滑函數、向量場和微分同胚71
5.2.2李導數及其相對階72
5.2.3單輸入-單輸出系統的反饋線性化73
5.2.4多輸入-多輸出系統的反饋線性化76
5.3柔體機器人反饋觀測的穩定性分析77
5.3.1單連桿柔性臂的反饋線性化和穩定性77
5.3.2雙連桿柔性臂的穩定反饋觀測器設計80
5.4柔體機器人的全局終端滑模振動魯棒控制82
5.5數值仿真與分析85
5.6本章小結87
第6章大負載柔體機器人的動力學模型88
6.1引言88
6.2Kane方法88
6.2.1廣義速率、偏速度和偏角速度88
6.2.2Kane方程的建立89
6.3大負載單柔桿的彎曲振動模態分析89
64大負載單柔桿的運動學分析95
6.5大負載單柔桿的動力學建模96
6.5.1廣義速率、偏速度和偏角速度96
6.5.2動力學方程97
6.6本章小結101
第7章大負載柔體機器人的振動控制102
7.1引言102
7.2基于奇異攝動的系統分解102
7.3滑模變結構控制器設計103
7.3.1滑模變結構控制103
7.3.2滑模變結構控制器設計104
7.3.3抖振問題105
7.4*優控制器設計106
7.4.1*優控制的數學描述106
7.5大負載柔體機器人控制算法107
7.5.1混合控制方法107
7.5.2狀態反饋控制設計114
7.6本章小結118
第8章柔體機器人接觸操作的阻抗控制119
8.1引言119
8.2阻抗控制算法原理119
8.2.1阻抗控制模型119
8.2.2目標控制參數性能分析120
8.3柔體機器人阻抗控制算法122
8.4數值仿真123
8.4.1運動空間下的軌跡跟蹤123
8.4.2接觸操作時固定點的力控制126
8.4.3接觸操作時的接觸力控制126
8.5本章小結128
第9章軟接觸柔體機器人的關節結構設計129
9.1引言129
9.2關節功能需求分析129
9.3關節阻尼緩沖方法131
9.3.1磁流變液131
9.3.2阻尼緩沖方法132
9.4關節方案設計132
9.4.1驅動傳動機構設計133
9.4.2可控柔性組件設計135
9.4.3可控柔性組件136
9.5本章小結137
第10章軟接觸柔體機器人的動力學分析138
10.1引言138
10.2軟接觸阻尼緩沖任務分析與設計138
10.3軟接觸單關節動力學特性分析139
10.3.1z軸直線方向受接觸力后的動力學仿真139
10.3.2z軸直線和旋轉方向受接觸力后動力學仿真141
10.3.3空間六維方向動力學仿真142
10.4軟接觸柔體機器人的動力學特性仿真分析145
10.5本章小結148
第11章軟接觸柔體機器人的動力學模型150
11.1引言150
11.2基于Kane方法的質點系和剛體系方程150
11.2.1質點系下的Kane方程150
11.2.2剛體系統的Kane方程151
11.3具有可控阻尼的柔體機器人模型152
11.4運動學分析153
11.4.1廣義坐標153
11.4.2變換矩陣154
11.4.3偏角速度及其導數154
11.4.4偏線速度及其導數155
11.4.5柔體機器人的運動學方程156
11.5動力學分析157
11.5.1剛體k的受力分析157
11.5.2等效主動力（矩）158
11.5.3等效慣性力（矩）159
11.5.4柔體機器人的動力學方程159
11.6算例仿真159
11.7本章小結161
第12章軟接觸柔體機器人的振動控制163
12.1引言163
12.2微粒群優化算法163
12.3基于微粒群優化的軟接觸柔體機器人抑振策略167
12.3.1目標函數的確定167
12.3.2算法及參數選擇167
12.3.3算法終止條件168
12.3.4控制具體流程168
12.4軟接觸柔體機器人的PID振動控制169
12.4.1控制器的設計169
12.4.2參數選擇169
12.5兩種控制方案的仿真對比170
12.6本章小結176
參考文獻177
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柔體機器人的動力學與控制技術/褚明 作者簡介
褚明，北京郵電大學副教授，碩士研究生導師，入選國家自然科學基金委評審專家，浙江省特聘青年科學家，北京市優秀碩士生指導教師，大學生創新創業計劃優秀指導教師，中國機械工程學會高級會員，中國振動工程學會高級會員，多部國際知名學術期刊審稿專家，教育部重點實驗室骨干成員，致力于空間機器人技術領域的課題研究，主要研究方向為機器人動力學與精密控制。
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