機器人仿真與編程技術

《機器人仿真與編程技術》是2018年2月清華大學出版社出版的圖書，作者是楊辰光、李智軍、許揚。

基本介紹

• 書名：機器人仿真與編程技術
• 作者：楊辰光、李智軍、許揚
• ISBN：9787302490487
• 定價：138元
• 出版社：清華大學出版社
• 出版時間：2018年2月

內容簡介

在機器人的科研與工業套用中，機器人仿真與編程技術發揮著無可替代的作用，因為它一方面能夠對機器人控制算法進行檢驗測試，另一方面給機器人的研發與測試提供一個無風險且穩定的平台。

本書主要內容分為三部分，分別介紹了基於MATLAB機器人工具箱的機器人仿真、3款常用的機器人仿真軟體、機器人作業系統（Robot Operating System,ROS)的基礎和套用。本書所使用的工具包括MATLAB、Simulink、3款常用的機器人仿真軟體和機器人作業系統。

本書配套資源豐富，適合作為教材或教輔，也適合各階層的機器人開發人員和機器人愛好者閱讀。

圖書目錄

第一篇基於MATLAB工具箱的機器人仿真

第1章機器人學與MATLAB機器人工具箱

1．1MATLAB機器人工具箱的下載與安裝

1．2機器人學的數學基礎

1．2．1三維空間中的位置與姿態

1．2．2坐標變換

1．2．3姿態的其他表示方法

1．2．4具體例子的套用

1．3機器人運動學

1．3．1機械臂及運動學

1．3．2DH參數法

1．3．3機器人正運動學

1．3．4機器人逆運動學

1．3．5機器人的瞬態運動學

1．3．6具體例子的套用

1．3．7機器人工具箱的Link類

1．3．8機器人工具箱的SerialLink類1

1．4機器人動力學

1．4．1機器人動力學概述

1．4．2機器人動力學方程的建立方法

1．4．3狀態空間方程

1．4．4正向動力學

1．4．5機器人工具箱的SerialLink類2

1．5機器人的運動軌跡

1．5．1運動軌跡問題

1．5．2關節空間的規劃方法

1．6機械臂關節控制

1．6．1機器人控制系統的構成

1．6．2Simulink機器人模組

1．6．3機器人的單關節控制

1．6．4機器人的多關節控制

1．7其他基於MATLAB的機器人工具箱

1．7．1Kuka控制工具箱(KCT)的介紹與測試

1．7．2其他機器人工具箱

本章小結

參考文獻

第2章MATLAB機器人工具箱的套用

2．1基於學習算法的機器人觸覺識別算法研究

2．1．1引言

2．1．2背景

2．1．3算法設計

2．1．4實驗設計

2．1．5實驗與結果

2．2基於波動變數和神經網路的遠程控制系統

2．2．1引言

2．2．2遠程作業系統的數學模型

2．2．3基於波動變數的神經控制設計

2．2．4實驗設計

2．2．5仿真實驗

2．3開發混合運動捕捉方法使用MYO手環套用於遠程操作

2．3．1引言

2．3．2設計方法

2．3．3仿真系統設計

2．3．4仿真實驗

2．4基於自適應參數識別的Geomagic Touch X觸覺裝置運動學建模

2．4．1引言

2．4．2建模步驟

2．4．3仿真設計

2．4．4實驗和仿真

2．4．5可視化運動學模型與工作空間識別

2．5複雜擾動環境中的新型機械臂混合自適應控制器

2．5．1引言

2．5．2控制問題

2．5．3自適應控制

2．5．4仿真

2．5．5實驗設計

2．5．6實驗與結果

本章小結

參考文獻

第二篇機器人仿真軟體的基礎與套用

第3章VREP在機器人仿真中的套用

3.1VREP簡介及安裝

3.1.1VREP的簡介

3.1.2VREP的特性

3.1.3VREP的安裝

3.2VREP的用戶界面及位姿操作

3.2.1控制台視窗

3.2.2對話框

3.2.3應用程式視窗

3.2.4自定義用戶界面

3.2.5頁面與視圖

3.2.6對象/項目位置和方向操作

3.3VREP的場景與模型

3.3.1場景與模型的關係

3.3.2VREP的場景

3.3.3VREP的模型

3.3.4VREP的環境

3.4實體

3.4.1VREP的場景對象

3.4.2場景對象的性質

3.4.3常用的場景對象——形狀

3.4.4常用的場景對象——關節

3.4.5VREP的集合

3.5VREP的六種計算模組

3.5.1碰撞檢測模組

3.5.2最小距離計算模組

3.5.3逆向運動學模組

3.5.4幾何約束求解模組

3.5.5動力學模組

3.5.6路徑規劃模組

3.6VREP中控制機器人仿真的方法

3.6.1嵌入式子腳本

3.6.2外掛程式

3.6.3附加組件

3.6.4遠程客戶端應用程式接口

3.6.5通過ROS的節點

3.6.6自定義解決方案

3.7VREP的API框架

3.7.1常規API

3.7.2遠程API

3.7.3ROS接口

3.7.4輔助API

3.7.5其他接口

3.8仿真模型的搭建

3.8.1從模型瀏覽器中載入現有模型

3.8.2從選單欄中添加場景對象

3.8.3從Import命令中導入/導出其他軟體的CAD模型

3.9機器人的仿真

3.9.1物理引擎的選擇

3.9.2仿真參數的設定

3.9.3仿真的控制

3.10VREP的具體例子

3.10.1機械臂模型的構建

3.10.2逆運動學建模

3.10.3VREP與MATLAB連線的例子

3.11VREP在人機互動中的套用(一)

3.11.1觸覺學與Touch X

3.11.2Touch X的相關軟體在人機互動中的作用

3.11.3CHAI3D在人機互動中的作用

3.11.4VREP模組

3.11.5Touch X控制VREP中KUKA機器人的實現

3.12VREP在人機互動中的套用(二)

3.12.1體感技術與Kinect

3.12.2互動相關軟體的作用

3.12.3互動相關軟體的安裝與測試

3.12.4OpenNI/NITE中的人體骨架分析

3.12.5VREP與Kinect接口的安裝與測試

3.12.6Kinect與VREP互動的設計與實現

本章小結

參考文獻

第4章Gazebo在機器人仿真中的套用

4.1Gazebo的介紹與安裝

4.1.1Gazebo的初步介紹

4.1.2Gazebo的安裝

4.1.3Gazebo與VREP的比較

4.2Gazebo的結構

4.2.1Gazebo的運行方法

4.2.2Gazebo的組成部分

4.2.3Gazebo的結構

4.3創建機器人

4.3.1模型結構和要求

4.3.2模型的上傳

4.3.3製作一個模型

4.3.4製作移動機器人模型

4.3.5導入格線

4.3.6附加格線物體

4.3.7給機器人添加感測器

4.3.8做一個簡單的夾持器

4.3.9在機器人上構建夾持器

4.3.10嵌套模型

4.3.11模型編輯器

4.3.12盒子的動畫

4.3.13三角格線的慣性參數

4.3.14圖層可見性

4.4Gazebo中的模型編輯器

4.4.1模型編輯器

4.4.2SVG檔案

4.5場景檔案的創建

4.5.1創建一個場景

4.5.2修改場景

4.5.3如何在Gazebo中使用DEM

4.5.4模型群

4.5.5建築編輯器

4.6外掛程式的編寫

4.6.1一個簡單的外掛程式： Hello WorldPlugin！

4.6.2外掛程式的使用

4.6.3模型外掛程式

4.6.4世界外掛程式

4.6.5程式化場景控制

4.6.6系統外掛程式

4.7感測器

4.7.1感測器噪聲模型

4.7.2接觸式感測器

4.7.3攝像頭失真

4.8Gazebo的其他功能

4.8.1數學庫的使用

4.8.2用戶輸入

4.8.3連線到Player

本章小結

參考文獻

第5章OpenRAVE在機器人仿真中的套用

5.1OpenRAVE簡介

5.1.1OpenRAVE的套用

5.1.2OpenRAVE的特性

5.1.3OpenRAVE的下載與安裝

5.2OpenRAVE概觀

5.2.1OpenRAVE基本架構

5.2.2關於OpenRAVE中的一些說明

5.2.3OpenRAVE公約與準則

5.2.4OpenRAVE中機器人概述

5.2.5外掛程式與接口說明

5.2.6網路協定和腳本

5.3OpenRAVE的基礎

5.3.1開始使用OpenRAVE

5.3.2OpenRAVE的命令行工具

5.3.3寫OpenRAVE文檔

5.3.4環境變數

5.4OpenRAVE運用與展望

5.4.1OpenRAVE的運用項目舉例

5.4.2OpenRAVE的展望

本章小結

參考文獻

第三篇機器人作業系統基礎與套用

第6章機器人作業系統的基礎

6.1ROS的安裝與測試

6.1.1虛擬機與Ubuntu的安裝

6.1.2ROS的安裝

6.1.3turtlesim例子的測試

6.2ROS的基本概念與命令

6.2.1程式包(packages)

6.2.2節點(Nodes)和節點管理器(Master)

6.2.3訊息(Messages)和主題(Topics)

6.2.4其他ROS的相關概念

6.2.5ROS的一些常用工具

6.3ROS的程式包的創建與編譯

6.3.1創建工作區和功能包

6.3.2ROS程式的編譯過程

6.4ROS與MATLAB集成

6.4.1RST的ROS功能介紹

6.4.2MATLAB與ROS通信的介紹

6.5ROS與VREP之間的集成

6.5.1VREP中的ROS程式包

6.5.2在ROS中安裝VREP

6.5.3在ROS中創建相關的VREP程式包

6.5.4使用ROS節點控制VREP模型的例子

6.5.5VREP ROS Bridge的簡介及安裝

6.6ROS與Gazebo

6.6.1ROS集成概述

6.6.2安裝Gazebo_ros_pkgs

6.6.3ROS/Gazebo版本組合的選擇

6.6.4使用roslaunch

6.6.5ROS通信

6.6.6Gazebo中的URDF

6.7實時系統ROS 2.0的介紹

本章小結

參考文獻

第7章機器人作業系統的套用

7.1Baxter機器人與ROS

7.1.1Baxter機器人

7.1.2Baxter機器人的控制系統總體框架

7.1.3相關的ROS代碼

7.2基於神經網路實現對搖操作機器人進行高性能控制

7.2.1控制系統的架構

7.2.2實驗設計與實現

7.2.3實驗及結果

7.3規定全局穩定性和運動精度的雙臂機器人的神經網路控制

7.3.1實驗設計與實現

7.3.2實驗結果

7.4基於人體運動捕獲對Baxter機器人的遠程操作控制

7.4.1遠程操作控制系統

7.4.2實驗的設計與實現

7.4.3實驗及結果

本章小結

參考文獻