國之重器出版工程：空間機械臂建模、規劃與控制

《國之重器出版工程：空間機械臂建模、規劃與控制》是2020年3月人民郵電出版社出版的圖書，作者是陳鋼。

基本介紹

• 書名：國之重器出版工程：空間機械臂建模、規劃與控制
• 作者：陳鋼
• ISBN：9787115519146
• 頁數：386頁
• 定價：128元
• 出版社：人民郵電出版社
• 出版時間：2020年3月
• 裝幀：平裝
• 開本：小16開

內容簡介

本書基於作者多年來承擔航天領域重大項目及其他國家級項目過程中取得的研究成果，對空間機械臂的建模、規劃及控制等相關基本理論和方法進行了系統深入的論述：首先介紹了空間機械臂運動學及動力學建模方法，在此基礎上對空間機械臂任務規劃、路徑規劃、軌跡最佳化的基本理論及其在多種任務需求下的具體套用進行了詳細介紹，最後在控制層面對空間機械臂接觸碰撞控制以及柔順控制進行了闡述。書中的理論方法緊密結合實際，可用於解決目標捕獲、在軌組裝與服務、星表樣品採集等任務中涉及到的空間機械臂技術問題。書中涉及的理論及方法大多已發表在國際頂級期刊、國際頂級學術會議論文集中，並在我國航天型號項目中得到了實際套用，具備較強的創新性和使用價值。

本書可作為高等院校相關專業研究生和高年級本科生的教材，也可供從事空間機器人技術研究及套用的研發人員及工程技術人員參考。

圖書目錄

第 1章 空間機械臂發展現狀及關鍵技術

1.1 空間機械臂概述

1.1.1 空間機械臂的研究意義

1.1.2 空間機械臂的構成

1.1.3 空間機械臂的分類

1.2 空間機械臂國內外發展現狀

1.2.1 國外典型空間機械臂系統

1.2.2 我國空間機械臂發展概況

1.2.3 空間機械臂特性與功能

1.3 空間機械臂套用分析

1.3.1 空間機械臂套用需求分析

1.3.2 空間機械臂套用技術分析

1.4 空間機械臂規劃與控制關鍵技術

1.4.1 空間機械臂運動學建模

1.4.2 空間機械臂動力學建模

1.4.3 空間機械臂任務規劃

1.4.4 空間機械臂路徑規劃及軌跡最佳化

1.4.5 空間機械臂接觸碰撞控制

1.4.6 空間機械臂柔順控制

1.5 小結

第 2章 空間機械臂運動學模型

2.1 機械臂連桿間幾何關係的描述方法

2.1.1 T矩陣法

2.1.2 D-H法

2.1.3 MDH法

2.1.4 MCPC法

2.1.5 旋量法

2.1.6 機械臂建系方法總結

2.2空間機械臂位置級運動學問題

2.2.1 空間機械臂位置級正運動學問題

2.2.2 空間機械臂位置級逆運動學問題

2.3 空間機械臂速度級運動學問題

2.3.1 空間機械臂速度級正運動學問題

2.3.2 空間機械臂速度級逆運動學問題

2.3.3 算例：二自由度自由漂浮機械臂系統運動學建模

2.4 小結

第3章 空間機械臂動力學模型

3.1 機械臂動力學建模方法

3.1.1 牛頓-歐拉（Newton-Euler）法

3.1.2 拉格朗日法

3.1.3 凱恩法

3.1.4 空間運算元代數法

3.1.5 哈密爾頓法

3.1.6 機械臂動力學建模方法總結

3.1.7 典型動力學建模方法在空間機械臂上的套用

3.2 機械臂柔性動力學建模方法

3.2.1 基於假設模態法的機械臂柔性動力學建模方法

3.2.2 基於集中質量法的機械臂柔性動力學建模方法

3.2.3 基於有限元法的機械臂柔性動力學建模方法

3.2.4 機械臂柔性變形表征方法總結

3.2.5 典型柔性動力學建模方法在空間機械臂上的套用

3.3 小結

第4章 空間機械臂任務規劃

4.1 空間機械臂任務規劃框架

4.2 基於分層任務網路的機械臂任務規劃方法

4.2.1分層任務網路規劃器介紹

4.2.2 空間機械臂分層任務網路規劃域

4.2.3 空間機械臂分層任務網路求解

4.2.4 仿真算例

4.3 基於改進圖規划算法的機械臂任務規劃方法

4.3.1 機械臂任務規劃要素表征

4.3.2 基於模擬退火算法圖拓展改進

4.3.3 多約束條件下融合多目標的任務規劃解提取

4.3.4 仿真算例

4.4 小結

第5章 空間機械臂路徑規劃

5.1 關節空間路徑規劃

5.1.1 基於梯形速度插值的路徑規劃

5.1.2 基於多項式插值的路徑規劃

5.1.3 仿真算例

5.2 笛卡爾空間路徑規劃

5.2.1 點到點路徑規劃

5.2.2連續跟蹤路徑規劃

5.2.3 基於視覺伺服的路徑規劃

5.2.4 仿真算例

5.3 非完整路徑規劃

5.3.1 非完整路徑規劃數學描述

5.3.2 非完整路徑規劃問題求解

5.3.3 仿真算例

5.4 小結

第6章 空間機械臂軌跡最佳化基本理論

6.1 空間機械臂軌跡最佳化模型建立

6.1.1 最佳化目標

6.1.2 約束條件

6.1.3 軌跡最佳化模型

6.2 空間機械臂軌跡最佳化問題求解

6.2.1 單目標軌跡最佳化方法

6.2.2 多目標軌跡最佳化方法

6.3 仿真算例

6.4 小結

第7章 考慮運動特性的空間機械臂軌跡最佳化

7.1 空間機械臂避奇異軌跡規劃

7.1.1 空間機械臂奇異問題轉化

7.1.2 空間機械臂奇異條件分析

7.1.3 基於修改末端速度的空間機械臂避奇異軌跡規劃

7.1.4 仿真算例

7.2 空間機械臂避障軌跡規劃

7.2.1 基於A*算法的空間機械臂構型空間避障軌跡規劃

7.2.2 基於多感測器信息的空間機械臂實時避障運動規劃

7.2.3 仿真算例

7.3 空間機械臂重複運動規劃

7.3.1空間機械臂重複運動最佳化運算元

7.3.2基於重複運動最佳化運算元的空間機械臂重複運動規劃

7.3.3 仿真算例

7.4 小結

第8章 典型工況下空間機械臂軌跡最佳化

8.1 空間機械臂低速運動軌跡最佳化

8.1.1 低速運動特性軌跡影響因素分析

8.1.2 低速空載運動軌跡最佳化

8.1.3 低速重載運動軌跡最佳化

8.2 空間機械臂負載操作軌跡最佳化

8.2.1 空間機械臂負載能力評估

8.2.2 面向大負載點到點規劃任務的空間機械臂軌跡最佳化

8.2.3 面向大負載連續軌跡跟蹤任務的空間機械臂軌跡最佳化

8.3 小結

第9章 空間機械臂接觸碰撞控制

9.1 空間機械臂接觸碰撞動力學方程

9.1.1 空間機械臂離散接觸碰撞動力學方程

9.1.2 空間機械臂連續接觸碰撞動力學方程

9.1.3 仿真算例

9.2 空間機械臂碰前構型最佳化

9.2.1 空間機械臂構型最佳化目標函式建立

9.2.2 空間機械臂構型最佳化策略設計

9.2.3 仿真算例

9.3 空間機械臂碰後穩定控制

9.3.1 空間機械臂末端位姿補償控制

9.3.2 空間機械臂基座姿態自運動調整

9.3.3 仿真算例

9.4 小結

第 10章 空間機械臂柔順控制

10.1 機械臂柔順控制方法

10.1.1 力/位混合控制方法

10.1.2 阻抗控制方法

10.1.3 自適應控制方法

10.1.4 機械臂柔順控制方法總結

10.2 環境干擾力作用下空間機械臂接觸力柔順控制

10.2.1 已知環境干擾力作用下的接觸力柔順控制

10.2.2 未知環境干擾力作用下的接觸力柔順控制

10.3 不確定模型下空間機械臂自適應柔順控制

10.3.1 不確定機械臂動力學模型下的自適應柔順控制

10.3.2 不確定環境剛度模型下的自適應柔順控制

10.4 小結