柔體機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)與控制技術(shù)

1.1引言1
1.2柔體機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀1
1.3柔體機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀4
1.3.1柔體機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)關(guān)鍵技術(shù)4
1.3.2柔體機(jī)器人的主動(dòng)控制6
1.4柔體機(jī)器人的研究價(jià)值和學(xué)術(shù)意義7
第2章柔體機(jī)器人的剛/ 柔/ 控耦合模態(tài)特性8
2.1引言8
2.2柔體機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)/ 控制器耦合模態(tài)分析9
2.2.1柔性關(guān)節(jié)/柔性臂桿系統(tǒng)的力學(xué)模型9
2.2.2關(guān)節(jié)控制器作用下的反饋約束特性10
2.2.3動(dòng)態(tài)約束的復(fù)雜邊界條件10
2.2.4頻域內(nèi)的模態(tài)分析11
2.2.5狀態(tài)空間求解的復(fù)模態(tài)法13
2.2.6數(shù)值仿真與分析16
2.3柔體機(jī)器人的剛/柔耦合模態(tài)分析19
2.3.1大范圍剛體運(yùn)動(dòng)時(shí)的模態(tài)分析19
2.3.2數(shù)值仿真與分析20
2.4多自由度柔體機(jī)器人的有限元模態(tài)分析21
2.4.1虛擬樣機(jī)技術(shù)21
2.4.2多柔體系統(tǒng)的有限元分析22
2.4.3某型多自由度柔體機(jī)器人的模態(tài)分析仿真24
2.5本章小結(jié)26
第3章柔體機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程與數(shù)值方法27
3.1引言27
3.2多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)28
3.2.1柔體機(jī)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(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型34
3.2.3雙連桿大柔度機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型35
3.3柔體機(jī)器人stiff微分方程的數(shù)值方法37
3.3.1拉氏空間、哈氏空間與狀態(tài)空間37
3.3.2閉環(huán)狀態(tài)反饋stiff方程的PIM法40
3.3.3柔體機(jī)器人微分方程PIM法的數(shù)值實(shí)驗(yàn)41
3.4數(shù)值仿真與分析45
3.5本章小結(jié)48
第4章柔性關(guān)節(jié)摩擦和不確定補(bǔ)償?shù)能壽E控制49
4.1引言49
4.2柔性關(guān)節(jié)的動(dòng)力學(xué)模型50
4.2.1摩擦環(huán)節(jié)與預(yù)測模型50
4.2.2柔性關(guān)節(jié)的標(biāo)稱力學(xué)模型52
4.2.3柔性關(guān)節(jié)的動(dòng)態(tài)不確定力學(xué)模型53
4.3柔性關(guān)節(jié)摩擦和不確定項(xiàng)補(bǔ)償?shù)母呔溶壽E控制54
4.3.1級聯(lián)系統(tǒng)的反演魯棒控制54
4.3.2小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)56
4.3.3動(dòng)態(tài)不確定柔性關(guān)節(jié)的小波神經(jīng)—魯棒復(fù)合控制59
4.3.4穩(wěn)定性分析65
4.4數(shù)值仿真與分析66
4.5本章小結(jié)69
第5章柔體機(jī)器人的振動(dòng)主動(dòng)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(shù)、向量場和微分同胚71
5.2.2李導(dǎo)數(shù)及其相對階72
5.2.3單輸入-單輸出系統(tǒng)的反饋線性化73
5.2.4多輸入-多輸出系統(tǒng)的反饋線性化76
5.3柔體機(jī)器人反饋觀測的穩(wěn)定性分析77
5.3.1單連桿柔性臂的反饋線性化和穩(wěn)定性77
5.3.2雙連桿柔性臂的穩(wěn)定反饋觀測器設(shè)計(jì)80
5.4柔體機(jī)器人的全局終端滑模振動(dòng)魯棒控制82
5.5數(shù)值仿真與分析85
5.6本章小結(jié)87
第6章大負(fù)載柔體機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)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(fù)載單柔桿的彎曲振動(dòng)模態(tài)分析89
64大負(fù)載單柔桿的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析95
6.5大負(fù)載單柔桿的動(dòng)力學(xué)建模96
6.5.1廣義速率、偏速度和偏角速度96
6.5.2動(dòng)力學(xué)方程97
6.6本章小結(jié)101
第7章大負(fù)載柔體機(jī)器人的振動(dòng)控制102
7.1引言102
7.2基于奇異攝動(dòng)的系統(tǒng)分解102
7.3滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)103
7.3.1滑模變結(jié)構(gòu)控制103
7.3.2滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)104
7.3.3抖振問題105
7.4控制器設(shè)計(jì)106
7.4.1控制的數(shù)學(xué)描述106
7.5大負(fù)載柔體機(jī)器人控制算法107
7.5.1混合控制方法107
7.5.2狀態(tài)反饋控制設(shè)計(jì)114
7.6本章小結(jié)118
第8章柔體機(jī)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(biāo)控制參數(shù)性能分析120
8.3柔體機(jī)器人阻抗控制算法122
8.4數(shù)值仿真123
8.4.1運(yùn)動(dòng)空間下的軌跡跟蹤123
8.4.2接觸操作時(shí)固定點(diǎn)的力控制126
8.4.3接觸操作時(shí)的接觸力控制126
8.5本章小結(jié)128
第9章軟接觸柔體機(jī)器人的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)129
9.1引言129
9.2關(guān)節(jié)功能需求分析129
9.3關(guān)節(jié)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(guān)節(jié)方案設(shè)計(jì)132
9.4.1驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)133
9.4.2可控柔性組件設(shè)計(jì)135
9.4.3可控柔性組件136
9.5本章小結(jié)137
第10章軟接觸柔體機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)分析138
10.1引言138
10.2軟接觸阻尼緩沖任務(wù)分析與設(shè)計(jì)138
10.3軟接觸單關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)特性分析139
10.3.1z軸直線方向受接觸力后的動(dòng)力學(xué)仿真139
10.3.2z軸直線和旋轉(zhuǎn)方向受接觸力后動(dòng)力學(xué)仿真141
10.3.3空間六維方向動(dòng)力學(xué)仿真142
10.4軟接觸柔體機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)特性仿真分析145
10.5本章小結(jié)148
第11章軟接觸柔體機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型150
11.1引言150
11.2基于Kane方法的質(zhì)點(diǎn)系和剛體系方程150
11.2.1質(zhì)點(diǎn)系下的Kane方程150
11.2.2剛體系統(tǒng)的Kane方程151
11.3具有可控阻尼的柔體機(jī)器人模型152
11.4運(yùn)動(dòng)學(xué)分析153
11.4.1廣義坐標(biāo)153
11.4.2變換矩陣154
11.4.3偏角速度及其導(dǎo)數(shù)154
11.4.4偏線速度及其導(dǎo)數(shù)155
11.4.5柔體機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程156
11.5動(dòng)力學(xué)分析157
11.5.1剛體k的受力分析157
11.5.2等效主動(dòng)力（矩）158
11.5.3等效慣性力（矩）159
11.5.4柔體機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程159
11.6算例仿真159
11.7本章小結(jié)161
第12章軟接觸柔體機(jī)器人的振動(dòng)控制163
12.1引言163
12.2微粒群優(yōu)化算法163
12.3基于微粒群優(yōu)化的軟接觸柔體機(jī)器人抑振策略167
12.3.1目標(biāo)函數(shù)的確定167
12.3.2算法及參數(shù)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(jī)器人的PID振動(dòng)控制169
12.4.1控制器的設(shè)計(jì)169
12.4.2參數(shù)選擇169
12.5兩種控制方案的仿真對比170
12.6本章小結(jié)176
參考文獻(xiàn)177