《蛇形機器人--建模、機電設計及控制方法》是2015年11月由國防工業出版社出版的圖書，作者是譚天樂、袁德虎、鄭建勇等。
基本介紹
- 書名：蛇形機器人--建模、機電設計及控制方法
- 作者：譚天樂、袁德虎、鄭建勇等
- ISBN：978-7-118-10683-1
- 頁數：273
- 定價：88
- 出版社：國防工業出版社
- 出版時間：2015年11月
- 裝幀：精裝
- 開本：16
內容簡介,編輯推薦,目錄,
內容簡介
本書圍繞蛇形機器人給出了大量的研究評述內容豐富、全面、系統涉及數學、物理、機械、電氣、自動化及控制多個學科集機器人當前研究方法為一體形成了一本具有說服力的科技參考書本書主要內容包括:緒論、蛇形機器人平面運動的一個複雜模型、機械式平面移動蛇形機器人研製、蛇形機器人運動的分析與合成、基於龐加萊映射的蛇形機器人路徑跟蹤控制與分析、蛇形機器人在平面運動的一個簡化模型、基於平均理論對蛇形機器人運動的分析、級聯蛇形機器人路徑跟蹤控制、蛇形機器人在複雜環境中運動的混合模型、障礙輔助運動的蛇形機器人開發、障礙輔助運動的混合控制、複雜環境中蛇形機器人的路徑跟蹤控制及蛇形機器人運動在未來所面臨的研究難點
編輯推薦
本書內容涵蓋至大學及研究生專業水平可面向廣大讀者對象適合於機器人領域專業人士及工程技術人員閱讀可指導解決機器人研究中遇到的實際問題
目錄
第1章 緒論1
1.1 研究背景和研究意義1
1.2 生物蛇4
1.2.1 蛇的解剖結構4
1.2.2 蛇的運動6
1.3 蛇形機器人的建模、機電設計和控制技術的研究現狀8
1.3.1 蛇形機器人的建模與分析的研究現狀8
1.3.2 物理蛇形機器人的實現方法的研究現狀13
1.3.3 蛇形機器人控制的研究現狀17
1.4 本書的研究範圍22
1.4.1 分析方法22
1.4.2 無固定基面的蛇形機器人22
1.4.3 二維視角22
1.4.4 無側滑約束的運動23
1.4.5 基於蜿蜒爬行的運動23
1.5 本書大綱23
1.5.1 第一篇大綱——蛇形機器人平面運動24
1.5.2 第二篇大綱——複雜環境中的蛇形機器人移動26
1.6 與本書相關的出版物27
第一篇 蛇形機器人平面運動
第2章 蛇形機器人平面運動的一個複雜模型30
2.1 本章與現有文獻之間的聯繫30
2.2 基本符號31
2.3 蛇形機器人的參數32
2.4 蛇形機器人運動學33
2.5 地面摩擦力模型35
2.5.1 地面摩擦力模型以及作用35
2.5.2 庫侖摩擦力模型36
2.5.3 黏滯摩擦力模型37
2.6 蛇形機器人動力學38
2.7 被驅動和非驅動動力學的分離40
2.8 模型的局部反饋線性化42
2.9 本章小結44
第3章 機械式平面移動蛇形機器人研製45
3.1 本章與現有文獻之間的聯繫45
3.2 關節驅動機構46
3.3 從動輪48
3.4 電源及控制系統49
3.5 實驗裝置49
3.6 本章小結50
第4章 蛇形機器人運動的分析與合成51
4.1 本章與現有文獻之間的聯繫51
4.2 非線性可控性分析介紹52
4.3 平面蛇形機器人的穩定性特徵55
4.4 平面機器人可控性分析56
4.4.1 各向同性黏性摩擦可控性56
4.4.2 各向異性黏性摩擦可控性56
4.5 蛇體移動過程的推力分析60
4.6 蛇形機器人的推進運動合成63
4.7 蜿蜒爬行步態模式66
4.8 關節控制系統67
4.8.1 簡單關節控制器68
4.8.2 指數穩定關節控制器68
4.9 蜿蜒爬行過程中的轉彎運動分析68
4.10 蜿蜒爬行中連續連桿間的相對運動分析71
4.11 本章小結72
第5章 基於龐加萊映射的蛇形機器人路徑跟蹤控制與分析73
5.1 本章與現有文獻之間的聯繫74
5.2 龐加萊映射介紹75
5.2.1 龐加萊映射的概述75
5.2.2 龐加萊映射的實際套用76
5.3 蛇形機器人的直線路徑跟蹤控制78
5.3.1 控制目標78
5.3.2 直線路徑跟蹤控制器78
5.4 基於龐加萊映射的路徑跟蹤控制的穩定性分析80
5.4.1 把蛇形機器人模型轉化為一個時間周期的自治系統80
5.4.2 蛇形機器人龐加萊截面技術參數81
5.4.3 龐加萊映射的穩定性分析81
5.5 仿真研究：路徑跟蹤控制器的性能表現83
5.6 本章小結84
第6章 蛇形機器人在平面運動的一個簡化模型85
6.1 本章與現有文獻之間的聯繫85
6.2 建模方法概述86
6.3 蛇形機器人運動學88
6.4 地面摩擦力模型90
6.5 蛇形機器人的動力學93
6.5.1 蛇形機器人的平移動力學93
6.5.2 蛇形機器人的旋轉動力學94
6.6 完整的蛇形機器人的簡化模型95
6.7 簡化模型的討論97
6.7.1 簡化模型的套用97
6.7.2 簡化的運動學的精確性97
6.7.3 地面摩擦模型的精確性問題97
6.7.4 旋轉動力學的精確性問題98
6.8 簡化模型的穩定性分析98
6.9 簡化模型的可控性分析99
6.10 仿真研究：簡化模型與複雜模型的比較102
6.10.1 仿真參數102
6.10.2 在複雜模型和簡化模型中關節坐標的關係102
6.10.3 直線運動的比較103
6.10.4 轉彎運動的比較104
6.11 本章小結107
第7章 基於平均理論對蛇形機器人運動的分析108
7.1 本章與現有文獻之間的聯繫108
7.2 平均理論的介紹109
7.3 蜿蜒爬行過程中的速度動力學110
7.4 蜿蜒爬行中的平均速度動力學112
7.5 在蜿蜒爬行中速度動力學的穩定狀態行為113
7.6 在蜿蜒爬行中步態參數和前向速度的關係114
7.7 仿真研究：初始速度和平均速度動力學的比較115
7.7.1 仿真參數115
7.7.2 仿真結果116
7.8 仿真研究：步態參數和前向速度之間關係的研究117
7.8.1 仿真參數118
7.8.2 仿真結果119
7.9 實驗研究：步態參數和前向速度之間關係的研究122
7.9.1 實驗設定122
7.9.2 實驗結果124
7.10 本章小結126
第8章 級聯蛇形機器人路徑跟蹤控制127
8.1 本章和現有文獻之間的聯繫128
8.2 數學基礎128
8.3 蛇形機器人的直線路徑跟蹤控制130
8.3.1 控制目標130
8.3.2 假設131
8.3.3 模型轉化131
8.3.4 直線路徑跟蹤控制器133
8.3.5 路徑跟蹤控制器的穩定性特性135
8.3.6 定理8.2的證明136
8.4 蛇形機器人的曲線路徑跟蹤控制140
8.4.1 對於曲線路徑跟蹤控制器的評價140
8.4.2 曲線路徑跟蹤控制器140
8.5 蛇形機器人的路徑點導航控制141
8.5.1 方法的描述141
8.5.2 路徑點導引策略142
8.6 仿真研究：直線路徑跟蹤控制器的性能143
8.6.1 仿真參數143
8.6.2 仿真結果144
8.7 實驗研究：直線路徑跟蹤控制器的性能145
8.7.1 實現問題145
8.7.2 物理蛇形機器人路徑跟蹤控制器的仿真146
8.7.3 實驗結果147
8.8 仿真研究：路徑點導航策略的性能154
8.8.1 簡化模型導航策略的仿真154
8.8.2 複雜模型導航策略的仿真154
8.8.3 仿真結果155
8.9 本章小結156
第二篇 蛇形機器人在複雜環境中的運動
第9章 引言158
第10章 蛇形機器人在複雜環境中運動的混合模型161
10.1 本章和現有文獻之間的聯繫162
10.2 混合動力學系統和互補系統163
10.2.1 混合動力學系統建模163
10.2.2 互補系統164
10.3 無障礙條件下蛇形機器人的動力學系統165
10.3.1 地面摩擦力模型165
10.3.2 無障礙運動公式166
10.4 接觸力建模方法概述167
10.5 與障礙物碰撞和分離的檢測170
10.6 受約束運動中蛇形機器人的連續動力學171
10.6.1 障礙物的單邊約束171
10.6.2 無障礙物摩擦力條件下的蛇形機器人受約束動力學173
10.6.3 有障礙物摩擦力條件下的蛇形機器人受約束動力學174
10.7 蛇形機器人在與障礙物碰撞和分離過程中的不連續動態特性176
10.7.1 蛇形機器人與障礙物碰撞過程中的不連續動態特性176
10.7.2 蛇形機器人與障礙物分離時的不連續動態特性177
10.8 有障礙物環境下的蛇形機器人完整混合模型178
10.8.1 離散集178
10.8.2 離散集映射179
10.8.3 連續集179
10.8.4 連續集映射179
10.8.5 小結180
10.9 仿真研究：用實驗與仿真結果與現有文獻中的混合模型進行比較180
10.10 本章小結182
第11章 障礙輔助運動的蛇形機器人開發183
11.1 本章與現有文獻之間的聯繫183
11.2 蛇形機器人設計綜述184
11.3 外滑移面185
11.4 接觸力測量系統186
11.4.1 感測器系統的基本假設186
11.4.2 感測系統裝置186
11.4.3 接觸力的計算188
11.5 電源和控制系統189
11.5.1 電源系統189
11.5.2 控制系統191
11.6 蛇形機器人的性能192
11.6.1 接觸力測量系統的實驗驗證192
11.6.2 蛇形機器人運動模式演示194
11.7 實驗設定195
11.8 測量接觸力的另一種方法195
11.9 本章小結197
第12章 障礙輔助運動的混合控制198
12.1 本章與現有文獻之間的聯繫199
12.2 混合控制器的初步說明200
12.3 控制目標200
12.4 符號及基本假設201
12.5 障礙輔助運動的混合控制202
12.5.1 主從控制方案202
12.5.2 阻塞檢測方案204
12.5.3 阻塞解決方案204
12.5.4 關節角度控制器205
12.5.5 完整的混合控制器206
12.6 閉環系統概述208
12.7 仿真研究：混合控制器的性能209
12.7.1 仿真參數209
12.7.2 在結構化的有障礙物環境下側擺和起伏運動的開環控制210
12.7.3 在有障礙物環境中的混合控制器210
12.8 實驗研究：混合控制器的性能213
12.8.1 實驗設定213
12.8.2 實驗結果213
12.9 本章小結220
第13章 複雜環境中蛇形機器人的路徑跟蹤控制221
13.1 本章與現有文獻之間的聯繫222
13.2 蛇形機器人運動控制的架構222
13.3 複雜環境中的直線路徑跟蹤運動控制223
13.3.1 控制目標224
13.3.2 符號與基本假設224
13.3.3 體波分量225
13.3.4 環境自適應分量226
13.3.5 方向控制分量228
13.3.6 關節角控制器228
13.3.7 對路徑跟蹤控制器的總結229
13.4 複雜環境下的路徑點導航控制229
13.5 仿真研究：路徑跟蹤控制器的性能230
13.5.1 仿真參數230
13.5.2 仿真結果231
13.6 實驗研究：環境自適應策略的性能表現233
13.6.1 實驗設定233
13.6.2 實驗結果234
13.7 本章小結239
第14章 蛇形機器人運動在未來所面臨的研究難點240
14.1 控制設計難點240
14.2 硬體設計難點242
附錄A 引理8.2的證明245
附錄B 引理8.3的證明247
附錄C 低通濾波參考模型248
C.1 一個2階低通濾波參考模型248
C.2 一個3階低通濾波參考模型249
術語250
參考文獻252
索引262
