机器人自动化：建模、仿真与控制

自主移动机器人尤其是无人机的兴起推动了相关学科的蓬勃发展。自动化的目的是设计能够操纵现有动态系统（汽车、飞机、经济系统等）的控制系统。因此受控系统应按如下方式构建：使物理系统形成回路，并配备使用智能电子器件的传感器。虽然最初的系统仅服从物理定律，但是闭环系统的演化遵循电子元器件中内嵌的IT程序。

本书主要阐述机器人的建模、仿真和控制方法，并通过大量习题来对基本概念和基本方法进行演绎和验证，所涉及的理论分析采用状态空间方法，从而可以用简单的方式来处理普通和复杂的系统，包括不同类型的开关和传感器。本书是一本讲述机器人自动化的基本原理和方法的书籍，可作为高等院校机器人专业的教材，也可供从事机器人研究和产业化的工程技术人员阅读。

译者序

前言

第1章建模

11线性系统

12机械系统

13伺服电动机

14习题

15习题解答

第2章仿真

21向量场的概念

22图形表示

221模式

222旋转矩阵

223齐次坐标

23仿真

231欧拉法

232龙格库塔法

233泰勒法

24习题

25习题解答

第3章线性系统

31稳定性

32拉普拉斯变换

321拉普拉斯变量

322传递函数

323拉普拉斯变换

324输入输出关系

33状态方程与传递函数的关系

34习题

35习题解答

第4章线性控制

41能控性和能观性

42状态反馈控制

43输出反馈控制

44小结

45习题

46习题解答

第5章线性化控制

51线性化

511函数的线性化

512动态系统的线性化

513工作点附近的线性化

52非线性系统的稳定性

53习题

54习题解答

术语表

参考文献 2100433B

建模与仿真是机器人学研究的主要内容之一，为机器人科学与技术的进步做出重要贡献。《智能机器人系统建模与仿真》介绍了机器人系统建模与仿真的基础理论、基本方法和常用软件，并通过大量的研究实例，系统地介绍了机器人系统建模和仿真领域当前的一些研究成果。《智能机器人系统建模与仿真》共分为4篇17章。研究导论篇重点介绍了机器人系统仿真建模中存在的问题和方法；建模理论基础篇重点介绍了与机器人建模密切相关的代表性基础理论如系统理论、复杂性理论、反馈控制论、相似性理论、多智能体理论；仿真方法篇重点介绍了基本建模方法如基本运动学、动力学方法，特殊建模方法如数学方法、物理方法、仿生方法；仿真软件与应用篇重点介绍了软件仿真方法如常用软件MATLAB/SIMULINK、COSMOS、ODE、OPENGL、ADAMS等。《智能机器人系统建模与仿真》以基础理论、研究方法和方法应用为主线，穿插了多种移动机器人和操作机器人中的仿真研究和建模示例。

第1章 导论

1．1 智能机器人系统的研究现状简介

1．1．1 机器人语言

1．1．2 末端操作器

1．1．3 运动学和动力学

1．1．4 机器人控制

1．1．5 多传感系统技术

1．2 智能机器人系统的研究方法

1．2．1 隐喻方法

1．2．2 模型方法

1．2．3 数值方法

1．2．4 计算方法

1．2．5 虚拟方法

1．2．6 综合集成方法

1．3 智能机器人系统建模中的问题与方法

1．3．1 机器人系统建模概述

1．3．2 机器人系统建模方法

习题

参考文献

第2章 建模基础理论

2．1 系统理论

2．1．1 系统理论起源

2．1．2 系统分类

2．1．3 系统建模与系统分析

2．1．4 系统结构模型

2．1．5 层次分析法

2．1．6 系统评价

2．1．7 系统决策

习题

2．2 复杂性理论

2．2．1 复杂性概述

2．2．2 对复杂问题建模与仿真的重要思考

2．2．3 复杂适应系统理论

2．2．4 复杂系统微观仿真

2．2．5 复杂系统的处理方法

2．2．6 综合集成的复杂系统理论

2．2．7 复杂系统仿真

习题

2．3 反馈控制论

2．3．1 控制论概述

2．3．2 反馈控制

2．3．3 无约束线性二次反馈最优控制问题

2．3．4 机器人组合非线性反馈控制器设计

习题

2．4 相似性理论

2．4．1 相似性理论概述

2．4．2 相似理论三大定理

2．4．3 基于相似性理论的系统仿真基本概念框架

2．4．4 基于相似性理论的系统仿真方法

2．4．5 系统相似的度量

2．4．6 仿真系统建模的相似性与复杂性

习题

2．5 多智能体理论

2．5．1 多智能体概述

2．5．2 多机器人系统的自主性

习题

参考文献

第3章 智能机器人系统建模方法

3．1 机器人的基本模型

3．1．1 运动学模型

3．1．2 动力学模型

3．2 智能机器人系统的数学建模方法

3．2．1 数学元模型

3．2．2 几何模型

3．2．3 图论模型

3．2．4 基于图论的构形网络建模

3．2．5 函数模型

习题

3．3 智能机器人系统的物理建模方法

3．3．1 物理场模型

3．3．2 物理现象模型

3．3．3 物理比例模型

习题

3．4 智能机器人系统的仿生建模方法

3．4．1 仿生机器人的研究现状与进展

3．4．2 仿生机械力学模型

3．4．3 仿生神经感知模型

3．4．4 仿生进化和优化模型

3．4．5 仿生群智能模型

3．4．6 仿生信息模型

习题

参考文献

第4章 仿真软件与应用

4．1 基于MATLAB/Simulink的仿真

4．1．1 机器人系统仿真中的MATLAB

4．1．2 基于simulink的机器人系统仿真

4．1．3 基于SimMechanics的机器人系统仿真

4．1．4 基于MATLAB/Simulink的机器人动力学仿真

4．1．5 基于MATLAB/SimMechanics的机器人系统仿真实例

4．2 基于Solidworks/COSMOS的仿真

4．2．1 CAC/CAM技术在机器人研究中的应用

4．2．2 SolidW0rks简介及其应用

4．2．3 Solidworks二次开发的系统分析

4．2．4 C0SMOS/Works软件介绍

4．2．5 基于C0SM0S/works的起重机有限元分析建模方案

4．2．6 起重机的有限元模型建立

4．2．7 在COSMOS/works中的分析前处理应用介绍

4．3 基于ODE的仿真

4．3．1 ODE的基本概念

4．3．2 ODE的构成

4．3．3 ODE与其他软件的结合应用

4．3．4 0DE物理引擎在Space操作系统中的应用

4．3．5 蛇形机器人蜿蜒运动的0DE控制仿真

4．4 基于OPenGL的仿真

4．4．1 OPenGL简介

4．4．2 OPenGL三维仿真实现的一般方法

4．4．3 OPenGL仿真的关键技术

4．4．4 OPenGL变换

4．4．5 OPenGL中三维几何造型的特点

4．4．6 Windows下OPenGL的工作方式

4．4．7 OPenGL工作结构和动画原理

4．4．8 Visual C 调用OPenGL实现位图方法

4．4．9 基于OPenGL和S0lidWorks的轮式移动机器人仿真

4．4．10 基于OPenGL和SolidWorks的空间站及舱外机械臂仿真

4．5 其他仿真软件与技术

4．5．1 ADAMS软件概述

4．5．2 ADAMS软件基本模块

4．5．3 RecurDyn软件简介

4．5．4 IsightFD软件简介

4．5．5 机器人工具箱Robotics ToolBOx简介

参考文献

第5章 联合仿真案例介绍

5．1 基于Pro，/E、ADAMS和ANSYS的3一RPS型并联机器人联合仿真

5．1．1 引言

5．1．2 Pro/E、ADAMS和ANSYS三种软件简介

5．1．3 并联机器人简介

5．1．4 接口Mech/Pro 2005插件

5．1．5 3-RPS型并联机器人联合仿真案例

5．1．6 结论

5．2 基于ADAMS与MATLAB/Simulink的二连杆机器人联合仿真

5．2．1 引言

5．2．2 ADAMS和MATLAB/Simulink软件

5．2．3 两种软件的联合仿真控制流程

5．2．4 二连杆机器人动力学模型的建立

5．2．5 二连杆机器人联合仿真案例

5．2．6 结论

5．3 基于Isight-FD与MATLAB/SimMechanics的机构参数优化

5．3．1 引言

5．3．2 两种软件联合仿真流程

5．3．3 平面四杆机构参数优化联合仿真案例

5．3．4 结论

参考文献 2100433B

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