現代機器人控制理論方法與技術

吳偉國，哈爾濱工業大學教授，博士生導師，機電控制及自動化學科工學博士（師從中國工程院院士蔡鶴臯教授），日本國立名古屋大學微系統工學博士後研究員（師從國際著名機器人學與微納系統工學學者福田敏男教授）。長期從事工業機器人、仿生仿人機器人及其智能運動控制、人工情感等方面研究。作為項目負責人先後主持完成國家自然科學基金、國家863計劃、國家重點實驗室、教育部歸國留學基金等項目10餘項，主持在研“十三五”國家重點研發計劃項目課題、參與在研國家自然科學基金重點課題各1項。發表學術論文80餘篇；參編“十一五”國家級規劃教材1部，著有國家出版基金項目資助著作3部；獲部級科技進步獎一、二等獎各1項，以第1發明人獲國家授權發明專利權15項

第1章 緒論——機器人控制概論
1.1 機器人的概念及其分類
1.1.1 機器人的定義
1.1.2 機器人的分類
1.1.3 如何認識各類機器人的控制問題
1.1.4 對基於模型的機器人控制問題的總體認識
1.2 機器人控制方法
1.2.1 第1代～第2代——機器人的控制方法
1.2.2 第3代——智能機器人的控制方法
1.3 基於模型的機器人控制方法與本書內容安排
1.3.1 機器人學基礎
1.3.2 機器人最基本的控制方法（運動學控製法和位置軌跡追蹤控製法）
1.3.3 考慮不確定量的控製法（自適應控制和魯棒控制）
1.3.4 力控制與力位混合控製法
1.3.5 機器人運動最優化與最優控制
1.3.6 柔性機器人操作臂建模與控制
1.3.7 多機器人的協調控制
1.3.8 主從機器人控制
1.3.9 移動/操作機器人控制
1.4 如何學好用好基於模型的機器人控制理論、方法與技術
1.4.1 打好工科先修課基礎
1.4.2 客觀看待作為被控對象的機器人並努力提高專業認知水平
1.5 關於“控制論”“控制理論”與“控制工程”
1.5.1 關於控制的控制論及“控制”
1.5.2 控制理論與控制工程
【思考題與習題】
第2章 被控對象——機器人系統的組成與控制問題
2.1 機器人系統總體構成
2.1.1 人類處理核廢料的作業問題與機器人概念簡介
2.1.2 機器人系統的一般組成
2.1.3 機器人系統一般組成的實例說明
2.2 工業機器人操作臂機械系統、機構與機械結構
2.2.1 工業機器人操作臂系統PUMA262/562
2.2.2 MOTOMAN K系列工業機器人操作臂
2.3 移動機器人系統、機構與機械結構
2.3.1 足式移動機器人系統及雙足機器人機構與結構
2.3.2 四足機器人機構與機械結構
2.3.3 多移動方式的足式機器人系統、機構與機械結構
2.3.4 多移動方式仿猿雙臂手機器人系統、機構與機械結構
2.3.5 輪式移動機器人的系統、機構與機械結構
2.3.6 小結
2.4 關於機器人控制的實際問題
2.4.1 機器人控制上的有界性與自身機構約束和奇異問題
2.4.2 機器人精度以及從控制上能否補償機械精度不足的問題
2.4.3 關於機器人軌跡控制與力控制的實際問題
2.4.4 腿式、輪式移動機器人控制的實際問題
2.5 本章小結
【思考題與習題】
第3章 機器人運動控制的機構學基礎
引言——為什麽要研究機器人機構運動學與動力學
3.1 機器人機構與位置、姿態表示
3.1.1 何謂機器人機構以及機器人機構的分類
3.1.2 機器人的自由度與關節
3.1.3 從工業機器人操作臂的應用來談機器人機構中的數學問題
3.1.4 何謂機器人運動學？
3.1.5 機器人操作臂的坐標系表示與常用的臂部機構構型
3.1.6 作為工業機器人操作臂構形比較基準的初始構形（機構的初始位姿）
3.1.7 安裝在工業機器人操作臂末端機械接口處的末端操作器的姿態表示
3.2 坐標系與坐標變換
3.2.1 物體和坐標系
3.2.2 物體間相對運動坐標變換的解析幾何分析與齊次坐標變換矩陣
3.3 機器人機構正運動學解法及其解的用途
3.3.1 機器人機構的坐標系建立
3.3.2 機器人機構的桿件及關節的D-H參數表示法
3.3.3 機器人機構的正運動學求解方法與示例
3.3.4 機器人機構的正運動學求解方法與解的用途
3.4 機器人機構的逆運動學求解方法
3.4.1 逆運動學問題的一般解法
3.4.2 逆運動學問題的解析幾何解法
3.5 機器人機構的雅可比矩陣
3.5.1 微小位移與雅可比矩陣
3.5.2 水平面內運動的2-DOF機械臂的雅可比矩陣
3.5.3 通用的雅可比矩陣表示
3.5.4 力與關節力矩間的關系
3.5.5 力的坐標變換關系
3.6 機器人機構的動力學
3.6.1 機器人的運動學與動力學問題的數學描述
3.6.2 矢量分析與矩陣變換在剛體或質點系運動學中的應用
3.6.3 從矢量表示的拉格朗日方程到用矩陣表示的拉格朗日方程
3.6.4 牛頓-歐拉法多剛體系統運動方程
3.7 機器人機構的運動方程的一般形式及其應用
3.7.1 多剛體系統運動方程
……
第4章 機器人參數識別
第5章 機器人位置/軌跡追蹤控制
第6章 機器人力控制
第7章 機器人模型參數不確定下的動態控制魯棒控制和自適應控制
第8章 機器人最優控制與最短時間控制
第9章 機器人柔性臂的建模與控制
第10章 機器人協調控制
第11章 主從機器人系統的主從控制
第12章 移動機器人控制的基礎理論、方法與技術
附錄
參考文獻