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机器人操作的数学导论。 (英语) Zbl 0858.70001号

佛罗里达州博卡拉顿:CRC出版社。xix,456页(1994年)。
提出了一种略为抽象(数学)的机器人操纵器运动学、动力学和控制公式,不仅适用于单个机器人,还适用于涉及多个协作机器人的多指机器人手。作为先决条件,我们假设在本科水平上有一门好的线性代数课程,并且对信号和系统有一定的了解。
这本书分为九章和两个附录。在第一章做了一般介绍之后,第二章介绍了刚体运动。提出了基于线性代数和矩阵群的螺钉理论的现代处理方法。基本工具是使用齐次坐标来描述刚性运动,以及将扭转映射为相应螺旋运动的矩阵指数。本章最后讨论了往复螺钉。附录A给出了一个更抽象的版本,使用了矩阵李群和李代数。附录B包含螺旋微积分Mathematica包的简要说明。
其余材料可分为三部分:单机器人操作简介(第3章和第4章)、使用多指机器人手的协调操作(第5章和第6章)和非完整运动规划(第7章和第8章)。这是一系列主题,代表了从更基本的概念到该领域研究前沿的演变。
在第三章中,使用第二章中介绍的工具描述了一般自由度开链机器人的运动学,包括求解逆运动学问题的一组典型问题的优雅公式,介绍了利用指数积公式计算机械手雅可比矩阵的方法。最后,将本文的一些主要结果推广到冗余度机器人和并联机构。
第4章介绍了单机器人的动力学和控制。利用拉格朗日方程,利用扭转表示运动学,导出了一般开链机械手的运动方程。构造了期望轨迹渐近跟踪的工作空间控制意义下的控制律。
第五章是抓取运动学的介绍。研究了多指机器人手抓取物体的运动学,不仅适用于通常的固定接触情况,而且适用于手指可以沿着物体滚动或滑动的情况。推导了手指和物体的速度和力之间的关系,并研究了可以用抓握来操纵物体的条件。
第6章是多指机械手动力学和控制的推导。第4章中提出的动力学公式被扩展到包括具有接触应变的机器人系统、冗余机器人和不可操作机器人。考虑肌腱驱动的运动学和静力学以及机器人手的控制。
第7章考虑了多指机械手和轮式移动机器人等涉及滚动接触的系统以及角动量守恒的系统中产生的非完整约束。研究了这些约束对机器人系统行为的影响。分析非完整系统所需的基本工具是从微分几何的基本定理和非线性控制理论中得出的。考虑了这些工具在机器人操作中的应用。
第8章介绍了具有非完整约束系统的一些运动规划方法。在考虑非完整系统中产生李括号运动的正弦函数和链式系统的模型类后,讨论了使用分段常数控制和Ritz基函数指导非完整系统的更通用方法。
在第2-8章之后提供了一些练习。
最后简短的第9章给出了未来展望,从技术角度描述了机器人领域的一些增长领域。
这本书是基于几所大学和研究所向电气工程师、计算机科学家、机械工程师和数学家的混合受众教授的课程。该材料适用于机器人高级课程。

MSC公司:

70-02 与粒子力学和系统力学有关的研究展览会(专著、调查文章)
70B15号机组 机构和机器人运动学
2005年第70季度 机械系统的控制
93C85号 控制理论中的自动化系统(机器人等)

软件:

数学软件
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