机器人刚柔耦合动力学

　　机器人种类繁多，机器人刚柔耦合动力学介绍了两种典型的机器人：柔性机械臂和弹性悬挂移动机器人。柔性机械臂的研究内容有刚柔耦合动力学建模方法、动力学分析与动态控制器设计，这些研究为机械臂的振动控制提供了理论基础与方法；弹性悬挂移动机器人的研究内容有移动机器人振动控制方法、多要素作用下移动机械臂的跟踪控制和路面激励下移动机器人的动态稳定性控制，这些方法为移动机器人的动态控制奠定了基础。本书力图总结作者在机器人刚柔耦合动力学研究领域取得的一些研究成果，这些研究成果的总结为提高机器人的性能与品质提供了理论基础和方法。本书可以作为机械工程、自动化与控制工程等相关学科方向的教师、研究人员的参考资料，也可以作为机器人技术领域的广大工程技术人员，特别是产品开发技术人员学习和工作的参考书。

　　尹海斌，男，武汉理工大学机电工程学院副教授，硕士生导师。2011年获日本北海道大学工学部人间机械系统与设计专业工学博士。主要研究方向为机电系统一体化设计方法、柔性机械臂系统设计、机械臂的轻量化设计、软体机器人系统设计等。在相关领域已发表学术论文20余篇。负责和参与国家自然科学基金青年项目、面上项目以及国家留学归国人员启动项目等国家和省部级项目5项。申请发明专利受理2项，授权1项。研究成果“机器人系统的智能设计及其应用研究”获得2015年度中国商业联合会科技进步奖（省部级）三等奖。 钟国梁，男，中南大学博士生导师。2013年获北海道大学博士学位，2010年获华南理工大学硕士学位，2011年—2012年任北海道大学研究助理。主要研究方向为机器人及机械手、复杂系统动力学、智能控制理论及应用等。以第yi作者发表SCI论文20余篇，其中SCI一区10余篇，多篇发表在国际TOP期刊（IEEE Trans. Ind. Electron、IEEE/ASME Trans. Mechatronics、Nonlinear Dyn.等）上。出版专著1本。主持国家自然科学基金青年基金1项，湖南省自然科学基金青年基金1项，作为骨干成员参与多项“973”课题及国家自然科学基金。申请发明专利10余项。入选中南大学升华育英人才计划，获得日本仪器与控制工程师学会（SICE）国际奖1项。 李军锋，分别于2008年、2010年和2013年获沈阳工业大学学士学位、东北大学硕士学位和日本北海道大学博士学位。2014年至今供职于武汉理工大学机电工程学院，主要研究方向为智能材料驱动器和软体机器人，先后主持和参与了2项国家自然科学基金项目，发表了各类学术论文10余篇。

第1章机器人动力学研究意义/1
1.1引言/1
1.2动力学三要素与三任务/2
1.3机器人动力学研究的意义/3
主要参考文献/4
第2章刚柔耦合机械臂的建模与分析/5
2.1引言/5
2.2机械臂弹性描述/6
2.3柔性机械臂的动态模型/12
2.4柔性机械臂振动分析/17
2.4.1外部输入/17
2.4.2转角独立分析法/18
2.4.3转角关联分析法/24
2.5小结/27
主要参考文献/28
第3章刚柔耦合机械臂动态控制器设计/30
3.1引言/30
3.2控制器设计方案/32
3.3柔性动态控制模块/34
3.3.1输入整形技术/34
3.3.2优化控制/38
3.3.3结果分析/39
3.4刚性动态控制模块/42
3.4.1滑模控制概述/42
3.4.2混合滑模控制/44
3.4.3结果分析/47
3.5小结/50
主要参考文献/51
机器人刚柔耦合动力学目录第4章刚柔耦合机械臂动态控制仿真与实验/54
4.1引言/54
4.2机械臂动态控制的优化算法与仿真/55
4.2.1优化算法/56
4.2.2仿真结果分析/58
4.3机械臂动态控制的实验与结果/63
4.3.1实验装置平台/63
4.3.2单杆柔性臂实验结果分析/65
4.3.3二杆柔性臂实验结果分析/68
4.4动态控制的仿真与实验比较/73
4.4.1轨迹追踪误差分析/73
4.4.2弹性位移分析/73
4.5小结/77
主要参考文献/78
第5章旋转刚柔耦合系统动力学建模方法的比较研究/80
5.1引言/80
5.2旋转刚柔耦合系统动力学模型的影响因素分析/82
5.2.1影响因素/82
5.2.2动力学模型的精度分析/83
5.3旋转刚柔耦合系统的动边界模态特性/85
5.3.1旋转柔性梁的动边界参数化构建/85
5.3.2旋转柔性梁的动边界模态特性解析/87
5.3.3旋转柔性梁的动边界模态特性的频域分布规律/91
5.4旋转刚柔耦合系统参数化边界模态特性动态响应分析/91
5.4.1基于参数化边界模态特性的动态响应/92
5.4.2边界参数的辨识/94
5.5小结/96
主要参考文献/96
第6章悬挂轮式移动机械臂的振动控制/99
6.1引言/99
6.2粒子群优化算法和混沌粒子群优化算法/100
6.2.1粒子群优化算法/100
6.2.2混沌粒子群优化算法/102
6.3问题一：机械臂静止时悬浮平台的运动/103
6.3.1动力学模型/103
6.3.2控制器的设计和优化/105
6.3.3结果与讨论/108
6.4问题二：机械臂运动时悬浮平台的运动/112
6.4.1DPM概念/112
6.4.2动力学模型/114
6.4.3生成最优轨迹/115
6.4.4结果与讨论/117
6.5小结/121
附件A问题一的动力学模型/122
附件B问题二的动力学模型/124
主要参考文献/125
第7章多要素作用下的移动机械臂跟踪控制/127
7.1引言/127
7.2系统模型/128
7.2.1运动学模型/128
7.2.2动力学模型/132
7.3基于运动学的反推控制/132
7.3.1控制器设计/132
7.3.2结果与讨论/133
7.4基于动力学的带有模糊补偿器的自适应反推控制器/136
7.4.1控制器设计/136
7.4.2结果与讨论/138
7.5小结/145
主要参考文献/146
第8章路面激励下移动机械臂的动态稳定性控制/149
8.1引言/149
8.2具有半主动悬架系统的机器人/150
8.3动态稳定性计算方法/152
8.4控制器设计与优化/155
8.4.1半主动减震器控制模型/155
8.4.2控制器优化算法/158
8.5结果与讨论/161
8.6小结/166
主要参考文献/166