機(jī)器人自動(dòng)化：建模、仿真與控制

自主移動(dòng)機(jī)器人尤其是無(wú)人機(jī)的興起推動(dòng)了相關(guān)學(xué)科的蓬勃發(fā)展。自動(dòng)化的目的是設(shè)計(jì)能夠操縱現(xiàn)有動(dòng)態(tài)系統(tǒng)（汽車(chē)、飛機(jī)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等）的控制系統(tǒng)。因此受控系統(tǒng)應(yīng)按如下方式構(gòu)建：使物理系統(tǒng)形成回路，并配備使用智能電子器件的傳感器。雖然最初的系統(tǒng)僅服從物理定律，但是閉環(huán)系統(tǒng)的演化遵循電子元器件中內(nèi)嵌的IT程序。

本書(shū)主要闡述機(jī)器人的建模、仿真和控制方法，并通過(guò)大量習(xí)題來(lái)對(duì)基本概念和基本方法進(jìn)行演繹和驗(yàn)證，所涉及的理論分析采用狀態(tài)空間方法，從而可以用簡(jiǎn)單的方式來(lái)處理普通和復(fù)雜的系統(tǒng)，包括不同類(lèi)型的開(kāi)關(guān)和傳感器。本書(shū)是一本講述機(jī)器人自動(dòng)化的基本原理和方法的書(shū)籍，可作為高等院校機(jī)器人專(zhuān)業(yè)的教材，也可供從事機(jī)器人研究和產(chǎn)業(yè)化的工程技術(shù)人員閱讀。

譯者序

前言

第1章建模

11線性系統(tǒng)

12機(jī)械系統(tǒng)

13伺服電動(dòng)機(jī)

14習(xí)題

15習(xí)題解答

第2章仿真

21向量場(chǎng)的概念

22圖形表示

221模式

222旋轉(zhuǎn)矩陣

223齊次坐標(biāo)

23仿真

231歐拉法

232龍格庫(kù)塔法

233泰勒法

24習(xí)題

25習(xí)題解答

第3章線性系統(tǒng)

31穩(wěn)定性

32拉普拉斯變換

321拉普拉斯變量

322傳遞函數(shù)

323拉普拉斯變換

324輸入輸出關(guān)系

33狀態(tài)方程與傳遞函數(shù)的關(guān)系

34習(xí)題

35習(xí)題解答

第4章線性控制

41能控性和能觀性

42狀態(tài)反饋控制

43輸出反饋控制

44小結(jié)

45習(xí)題

46習(xí)題解答

第5章線性化控制

51線性化

511函數(shù)的線性化

512動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的線性化

513工作點(diǎn)附近的線性化

52非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性

53習(xí)題

54習(xí)題解答

術(shù)語(yǔ)表

參考文獻(xiàn) 2100433B

建模與仿真是機(jī)器人學(xué)研究的主要內(nèi)容之一，為機(jī)器人科學(xué)與技術(shù)的進(jìn)步做出重要貢獻(xiàn)。《智能機(jī)器人系統(tǒng)建模與仿真》介紹了機(jī)器人系統(tǒng)建模與仿真的基礎(chǔ)理論、基本方法和常用軟件，并通過(guò)大量的研究實(shí)例，系統(tǒng)地介紹了機(jī)器人系統(tǒng)建模和仿真領(lǐng)域當(dāng)前的一些研究成果?！吨悄軝C(jī)器人系統(tǒng)建模與仿真》共分為4篇17章。研究導(dǎo)論篇重點(diǎn)介紹了機(jī)器人系統(tǒng)仿真建模中存在的問(wèn)題和方法；建模理論基礎(chǔ)篇重點(diǎn)介紹了與機(jī)器人建模密切相關(guān)的代表性基礎(chǔ)理論如系統(tǒng)理論、復(fù)雜性理論、反饋控制論、相似性理論、多智能體理論；仿真方法篇重點(diǎn)介紹了基本建模方法如基本運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)方法，特殊建模方法如數(shù)學(xué)方法、物理方法、仿生方法；仿真軟件與應(yīng)用篇重點(diǎn)介紹了軟件仿真方法如常用軟件MATLAB/SIMULINK、COSMOS、ODE、OPENGL、ADAMS等。《智能機(jī)器人系統(tǒng)建模與仿真》以基礎(chǔ)理論、研究方法和方法應(yīng)用為主線，穿插了多種移動(dòng)機(jī)器人和操作機(jī)器人中的仿真研究和建模示例。

第1章 導(dǎo)論

1．1 智能機(jī)器人系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀簡(jiǎn)介

1．1．1 機(jī)器人語(yǔ)言

1．1．2 末端操作器

1．1．3 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)

1．1．4 機(jī)器人控制

1．1．5 多傳感系統(tǒng)技術(shù)

1．2 智能機(jī)器人系統(tǒng)的研究方法

1．2．1 隱喻方法

1．2．2 模型方法

1．2．3 數(shù)值方法

1．2．4 計(jì)算方法

1．2．5 虛擬方法

1．2．6 綜合集成方法

1．3 智能機(jī)器人系統(tǒng)建模中的問(wèn)題與方法

1．3．1 機(jī)器人系統(tǒng)建模概述

1．3．2 機(jī)器人系統(tǒng)建模方法

習(xí)題

參考文獻(xiàn)

第2章 建模基礎(chǔ)理論

2．1 系統(tǒng)理論

2．1．1 系統(tǒng)理論起源

2．1．2 系統(tǒng)分類(lèi)

2．1．3 系統(tǒng)建模與系統(tǒng)分析

2．1．4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

2．1．5 層次分析法

2．1．6 系統(tǒng)評(píng)價(jià)

2．1．7 系統(tǒng)決策

習(xí)題

2．2 復(fù)雜性理論

2．2．1 復(fù)雜性概述

2．2．2 對(duì)復(fù)雜問(wèn)題建模與仿真的重要思考

2．2．3 復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論

2．2．4 復(fù)雜系統(tǒng)微觀仿真

2．2．5 復(fù)雜系統(tǒng)的處理方法

2．2．6 綜合集成的復(fù)雜系統(tǒng)理論

2．2．7 復(fù)雜系統(tǒng)仿真

習(xí)題

2．3 反饋控制論

2．3．1 控制論概述

2．3．2 反饋控制

2．3．3 無(wú)約束線性二次反饋?zhàn)顑?yōu)控制問(wèn)題

2．3．4 機(jī)器人組合非線性反饋控制器設(shè)計(jì)

習(xí)題

2．4 相似性理論

2．4．1 相似性理論概述

2．4．2 相似理論三大定理

2．4．3 基于相似性理論的系統(tǒng)仿真基本概念框架

2．4．4 基于相似性理論的系統(tǒng)仿真方法

2．4．5 系統(tǒng)相似的度量

2．4．6 仿真系統(tǒng)建模的相似性與復(fù)雜性

習(xí)題

2．5 多智能體理論

2．5．1 多智能體概述

2．5．2 多機(jī)器人系統(tǒng)的自主性

習(xí)題

參考文獻(xiàn)

第3章 智能機(jī)器人系統(tǒng)建模方法

3．1 機(jī)器人的基本模型

3．1．1 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

3．1．2 動(dòng)力學(xué)模型

3．2 智能機(jī)器人系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模方法

3．2．1 數(shù)學(xué)元模型

3．2．2 幾何模型

3．2．3 圖論模型

3．2．4 基于圖論的構(gòu)形網(wǎng)絡(luò)建模

3．2．5 函數(shù)模型

習(xí)題

3．3 智能機(jī)器人系統(tǒng)的物理建模方法

3．3．1 物理場(chǎng)模型

3．3．2 物理現(xiàn)象模型

3．3．3 物理比例模型

習(xí)題

3．4 智能機(jī)器人系統(tǒng)的仿生建模方法

3．4．1 仿生機(jī)器人的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展

3．4．2 仿生機(jī)械力學(xué)模型

3．4．3 仿生神經(jīng)感知模型

3．4．4 仿生進(jìn)化和優(yōu)化模型

3．4．5 仿生群智能模型

3．4．6 仿生信息模型

習(xí)題

參考文獻(xiàn)

第4章 仿真軟件與應(yīng)用

4．1 基于MATLAB/Simulink的仿真

4．1．1 機(jī)器人系統(tǒng)仿真中的MATLAB

4．1．2 基于simulink的機(jī)器人系統(tǒng)仿真

4．1．3 基于SimMechanics的機(jī)器人系統(tǒng)仿真

4．1．4 基于MATLAB/Simulink的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)仿真

4．1．5 基于MATLAB/SimMechanics的機(jī)器人系統(tǒng)仿真實(shí)例

4．2 基于Solidworks/COSMOS的仿真

4．2．1 CAC/CAM技術(shù)在機(jī)器人研究中的應(yīng)用

4．2．2 SolidW0rks簡(jiǎn)介及其應(yīng)用

4．2．3 Solidworks二次開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)分析

4．2．4 C0SMOS/Works軟件介紹

4．2．5 基于C0SM0S/works的起重機(jī)有限元分析建模方案

4．2．6 起重機(jī)的有限元模型建立

4．2．7 在COSMOS/works中的分析前處理應(yīng)用介紹

4．3 基于ODE的仿真

4．3．1 ODE的基本概念

4．3．2 ODE的構(gòu)成

4．3．3 ODE與其他軟件的結(jié)合應(yīng)用

4．3．4 0DE物理引擎在Space操作系統(tǒng)中的應(yīng)用

4．3．5 蛇形機(jī)器人蜿蜒運(yùn)動(dòng)的0DE控制仿真

4．4 基于OPenGL的仿真

4．4．1 OPenGL簡(jiǎn)介

4．4．2 OPenGL三維仿真實(shí)現(xiàn)的一般方法

4．4．3 OPenGL仿真的關(guān)鍵技術(shù)

4．4．4 OPenGL變換

4．4．5 OPenGL中三維幾何造型的特點(diǎn)

4．4．6 Windows下OPenGL的工作方式

4．4．7 OPenGL工作結(jié)構(gòu)和動(dòng)畫(huà)原理

4．4．8 Visual C 調(diào)用OPenGL實(shí)現(xiàn)位圖方法

4．4．9 基于OPenGL和S0lidWorks的輪式移動(dòng)機(jī)器人仿真

4．4．10 基于OPenGL和SolidWorks的空間站及艙外機(jī)械臂仿真

4．5 其他仿真軟件與技術(shù)

4．5．1 ADAMS軟件概述

4．5．2 ADAMS軟件基本模塊

4．5．3 RecurDyn軟件簡(jiǎn)介

4．5．4 IsightFD軟件簡(jiǎn)介

4．5．5 機(jī)器人工具箱Robotics ToolBOx簡(jiǎn)介

參考文獻(xiàn)

第5章 聯(lián)合仿真案例介紹

5．1 基于Pro，/E、ADAMS和ANSYS的3一RPS型并聯(lián)機(jī)器人聯(lián)合仿真

5．1．1 引言

5．1．2 Pro/E、ADAMS和ANSYS三種軟件簡(jiǎn)介

5．1．3 并聯(lián)機(jī)器人簡(jiǎn)介

5．1．4 接口Mech/Pro 2005插件

5．1．5 3-RPS型并聯(lián)機(jī)器人聯(lián)合仿真案例

5．1．6 結(jié)論

5．2 基于ADAMS與MATLAB/Simulink的二連桿機(jī)器人聯(lián)合仿真

5．2．1 引言

5．2．2 ADAMS和MATLAB/Simulink軟件

5．2．3 兩種軟件的聯(lián)合仿真控制流程

5．2．4 二連桿機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型的建立

5．2．5 二連桿機(jī)器人聯(lián)合仿真案例

5．2．6 結(jié)論

5．3 基于Isight-FD與MATLAB/SimMechanics的機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化

5．3．1 引言

5．3．2 兩種軟件聯(lián)合仿真流程

5．3．3 平面四桿機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化聯(lián)合仿真案例

5．3．4 結(jié)論

參考文獻(xiàn) 2100433B

《MATLAB建模與仿真實(shí)用教程》對(duì)MATLAB進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和講解，力爭(zhēng)做到深入淺出，并配有大量實(shí)例，使讀者能夠達(dá)到零起點(diǎn)入門(mén)和快速提高的目的。 《MATLAB建模與仿真實(shí)用教程》主要內(nèi)容包括MATLAB建?；A(chǔ)、MATLAB數(shù)值與符號(hào)計(jì)算、MATLAB程序設(shè)計(jì)、圖形圖像、Simulink建模與仿真、科學(xué)計(jì)算、通信系統(tǒng)建模與仿真、自動(dòng)控制系統(tǒng)建模與仿真、蟻群算法建模與仿真及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模與仿真。

《MATLAB建模與仿真實(shí)用教程》可作為高等院校的理工科學(xué)生的專(zhuān)業(yè)教材，也可以作為科研技術(shù)人員的參考書(shū)。