并联机器人：建模、控制优化与应用

图书标准信息

• 作者 丛爽、尚伟伟 著
• 出版社 电子工业出版社
• 出版时间 2010-07
• 版次 1
• ISBN 9787121110207
• 定价 38.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 202页
• 字数 260千字
• 正文语种 简体中文

【内容简介】

　　本书以一个平面二自由度并联机器人为研究对象，系统地介绍了并联机器人的运动学标定、性能分析、动力学建模及控制策略设计等问题。基于运动学方程，从优化的角度对并联机器人运动学的部分参数和全部参数进行了自标定；利用线性矩阵不等式（LMI）方法，对并联机器人的运动学性能指标进行了分析和优化；在建立理论动力学模型的基础上，设计出动力学参数的实验辨识方法。从系统控制的角度出发，结合并联机器人的动力学特性，设计了包括增广非线性PD、计算力矩非线性PD，以及非线性自适应控制在内的多种非线性动力学控制策略，实现了并联机器人的高精度轨迹跟踪控制。采用同步运动控制理论，分别在关节空间和工作空间设计同步控制策略，进一步减小轨迹跟踪时的轮廓误差，从而实现了并联机器人的高速高精度运动控制。本书在阐述基本理论和所提方法的同时，基于实际并联机器人平台设计了大量的实验对理论和方法进行验证，并对实验步骤和实验结果进行了详细的分析。因此，本书既适用于并联机器人的理论研究，又适合指导并联机器人的工程应用。
　　本书既可作为机械工程、自动控制、计算机、信息科学、电子学等专业的研究生教材，也可作为从事并联机器人研究与应用的科研人员和工程技术人员的参考书。

【目录】

第1章概述1
1.1并联机器人的基本概念与发展历程1
1.2并联机器人的研究现状6
1.2.1机构设计理论6
1.2.2运动学求解与分析7
1.2.3运动学标定12
1.2.4动力学建模13
1.2.5控制器设计15
1.2.6摩擦力补偿18
1.3平面二自由度并联机器人20
1.4本书的主要内容22

第2章并联机器人运动学标定25
2.1平面二自由度并联机器人的标定问题25
2.2基于优化问题求解的平面二自由度并联机器人运动学标定28
2.2.1基于闭链约束方程的目标函数28
2.2.2标定步骤31
2.2.3仿真实验结果32
2.3基于两步迭代法的平面二自由度并联机器人运动学标定39
2.3.1误差模型分析39
2.3.2两步迭代标定法43
2.3.3仿真实验结果44
2.4基于跟踪误差投影的平面二自由度并联机器人零点位置的标定46
2.4.1零点位置的标定问题47
2.4.2基于跟踪误差投影的目标函数48
2.4.3目标函数鲁棒性证明51
2.4.4实际实验标定结果53
2.5基于粒子群算法的平面二自由度并联机器人运动学自标定55
2.5.1基于粒子群算法的标定56
2.5.2标定实验及其结果分析57
2.6本章小结60

第3章并联机器人运动学性能分析61
3.1线性矩阵不等式LMI简介61
3.1.1LMI的标准形式61
3.1.2三类LMI的基本问题63
3.1.3Schur补定理63
3.2LMI在并联机器人常见运动学性能指标设计中的应用64
3.2.1奇异性指标的LMI表达64
3.2.2工作空间性能指标的LMI表达66
3.2.3灵巧度性能指标的LMI表达67
3.2.4刚度性能指标的LMI表达67
3.3基于LMI的平面二自由度并联机器人参数优化设计68
3.3.1平面二自由度并联机器人69
3.3.2平面二自由度并联机器人奇异性指标的LMI表达70
3.3.3平面二自由度并联机器人灵巧度性能指标的LMI表达73
3.3.4平面二自由度并联机器人刚度性能指标的LMI表达74
3.3.5线性最优目标函数75
3.3.6参数优化设计结果76
3.4平面二自由度并联机器人的力矩传递性能分析77
3.4.1运动学位形77
3.4.2力矩传递性能图谱80
3.5本章小结84

第4章并联机器人动力学建模及性能分析85
4.1并联机器人的动力学建模85
4.1.1Lagrange函数86
4.1.2Euler-Lagrange方程86
4.1.3闭链约束方程88
4.1.4独立坐标选取89
4.1.5约束力消除91
4.2平面二自由度并联机器人的动力学建模93
4.3平面二自由度并联机器人的动力学性能分析99
4.3.1速度限制99
4.3.2加速度限制100
4.3.3并联机器人的S型速度规划101
4.4本章小结105

第5章并联机器人的典型控制策略106
5.1并联机器人的典型控制策略106
5.1.1PD控制器107
5.1.2增广PD控制器107
5.1.3计算力矩控制器108
5.2并联机器人的最优控制器设计109
5.3平面二自由度并联机器人典型控制策略的仿真实验111
5.4本章小结117

第6章并联机器人的非线性PD控制及摩擦力补偿118
6.1非线性PD控制118
6.1.1非线性PD控制器的定义119
6.1.2非线性PD控制器的性能分析120
6.2平面二自由度并联机器人的增广NPD控制122
6.2.1增广NPD控制器设计123
6.2.2增广NPD控制的实际实验126
6.3平面二自由度并联机器人的计算力矩NPD控制128
6.3.1计算力矩NPD控制器设计128
6.3.2计算力矩NPD控制的实际实验130
6.4平面二自由度并联机器人的非线性摩擦力补偿132
6.4.1非线性摩擦力模型及其参数辨识133
6.4.2库仑+粘滞摩擦力模型及其参数辨识136
6.4.3摩擦力补偿的实际实验及其结果分析137
6.5本章小结139

第7章并联机器人的非线性自适应控制141
7.1平面二自由度并联机器人动力学模型的参数化形式141
7.2平面二自由度并联机器人的非线性自适应控制器设计143
7.2.1控制律设计144
7.2.2参数自适应律设计145
7.2.3系统稳定性分析146
7.2.4系统控制方案图147
7.3平面二自由度并联机器人的非线性自适应控制实验及结果分析148
7.4本章小结152

第8章并联机器人的同步控制153
8.1平面二自由度并联机器人的主动关节同步控制154
8.1.1基于主动关节的动力学模型形式154
8.1.2主动关节同步控制器设计158
8.1.3主动关节同步控制的轨迹跟踪实验162
8.2平面二自由度并联机器人的工作空间同步控制168
8.2.1同步误差的定义169
8.2.2工作空间的同步控制器设计170
8.2.3主动关节同步控制与工作空间同步控制的对比实验173
8.3本章小结176
参考文献178