前言
機(jī)器人自誕生伊始即受到世人的廣泛關(guān)注,相關(guān)學(xué)科的建立亦成為人類科學(xué)技術(shù)的重大成就。在人類的引導(dǎo)下,機(jī)器人盡職盡責(zé)地為人類服務(wù),在長期的人機(jī)共融過程中已然成為幫助人類文明向自動(dòng)化、智能化轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵法寶。第四次工業(yè)革命的時(shí)代帷幕即將拉開,人類將攜手機(jī)器人這一得力助手,探索智能未來。
目前,機(jī)器人已在工業(yè)、航空航天、深海探測、醫(yī)療康復(fù)等高精尖領(lǐng)域中嶄露頭角,在靈活空間的運(yùn)動(dòng)作業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)極為成熟。而要想進(jìn)一步適應(yīng)智能時(shí)代的要求,機(jī)器人必須拓展服務(wù)人類場景的適應(yīng)性,具備與外部復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行接觸式作業(yè)的能力。機(jī)器人接觸式作業(yè)的深度研究以及相關(guān)柔順控制技術(shù)的發(fā)展勢在必行。
對(duì)于許多國內(nèi)機(jī)器人行業(yè)從業(yè)者而言,機(jī)器人柔順控制技術(shù)顯得有點(diǎn)神秘,其技術(shù)理論與良好的應(yīng)用效果之間存在隔閡,人們一直希望獲得一些詳細(xì)、清晰、準(zhǔn)確、可靠的柔順控制技術(shù)參考資料,助力國內(nèi)機(jī)器人接觸式作業(yè)的發(fā)展。本書基于作者長期的一線實(shí)際研發(fā)與實(shí)際工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),從控制理論出發(fā),面向機(jī)器人復(fù)雜接觸式場景,致力于將機(jī)器人柔順控制的理論與實(shí)踐工作融會(huì)貫通,為相關(guān)專業(yè)的研究學(xué)者提供機(jī)器人柔順控制的理論介紹與實(shí)踐參考方案。本書并不拘泥于理論層面的嚴(yán)密分析,而是更多地站在一個(gè)實(shí)踐應(yīng)用者的角度對(duì)機(jī)器人柔順控制技術(shù)進(jìn)行剖析,以通俗易懂的語言為讀者揭開機(jī)器人柔順控制技術(shù)的神秘面紗。
全書包含5章,主要內(nèi)容涉及3方面: 機(jī)器人柔順控制理論、機(jī)器人柔順控制算法及機(jī)器人柔順控制工程實(shí)踐。第1章從當(dāng)前的機(jī)器人應(yīng)用場景引入,對(duì)柔順控制的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了剖析; 第2章聚焦于理論基礎(chǔ),介紹了當(dāng)前最普適的柔順控制理論與思路; 第3章在第2章的基礎(chǔ)上介紹了當(dāng)今主流的柔順控制算法與實(shí)現(xiàn)原理,設(shè)計(jì)的柔順?biāo)惴榻鉀Q實(shí)際應(yīng)用難題提供了范式; 第4章與第5章分別從系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、典型應(yīng)用實(shí)踐兩方面詳細(xì)介紹了柔順控制技術(shù)的應(yīng)用案例。
編寫過程中,賓一鳴和田威教授撰寫了部分章節(jié)并審閱了書稿,還從內(nèi)容組織和教學(xué)的角度給予了指導(dǎo)。崔坤坤、張思文、杜亭燕、孫偉棟、姜錦程、郭安、吳晨冬、于衍釗、王明鑫等協(xié)助整理。南京航空航天大學(xué)的吳洪濤教授、陳柏教授、王靈禺博士等對(duì)本書的編寫提出了寶貴意見和建議,在此深表感謝。
機(jī)器人柔順控制技術(shù)是一類應(yīng)用廣泛、實(shí)踐性強(qiáng)的控制技術(shù),將隨著時(shí)代的進(jìn)步不斷更新與完善。限于作者的研究水平和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),書中難免存在缺漏之處,希望廣大讀者批評(píng)與指正。
目錄
第1章機(jī)器人柔順控制應(yīng)用現(xiàn)狀及難點(diǎn)分析
1.1機(jī)器人為什么需要柔順控制技術(shù)
1.2柔順控制在多領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀
1.2.1拖動(dòng)示教應(yīng)用
1.2.2拋光打磨應(yīng)用
1.2.3曲面探傷應(yīng)用
1.2.4工業(yè)裝配應(yīng)用
1.2.5外骨骼機(jī)器人應(yīng)用
1.2.6仿生腿足機(jī)器人應(yīng)用
1.2.7機(jī)器人末端執(zhí)行夾爪
1.3柔順控制在工程實(shí)踐中的難點(diǎn)剖析
1.3.1力覺感知: 傳感器應(yīng)用難題
1.3.2執(zhí)行機(jī)構(gòu): 機(jī)器人系統(tǒng)指令難題
1.3.3機(jī)器人控制器技術(shù)壁壘
第2章機(jī)器人柔順控制方法及基本理論
2.1柔順控制技術(shù)概述及方法分類
2.2被動(dòng)柔順控制及基本理論
2.3主動(dòng)柔順控制及基本理論
2.3.1間接力控制方法
2.3.2直接力控制方法
第3章機(jī)器人柔順控制技術(shù)的核心算法
3.1阻抗控制的動(dòng)力學(xué)解析
3.1.1機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模
3.1.2機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)
3.1.3基于動(dòng)力學(xué)的阻抗控制
3.2混合位置/力控制
3.2.1自然約束和人工約束
3.2.2混合位置/力控制器
3.3導(dǎo)納控制
3.3.1機(jī)器人負(fù)載辨識(shí)算法與重力/慣性力補(bǔ)償算法
3.3.2自適應(yīng)變導(dǎo)納控制算法
3.4滿足機(jī)器人柔順控制要求的軌跡規(guī)劃算法設(shè)計(jì)
3.4.1非均勻有理B樣條曲線及其在柔順控制中的應(yīng)用
3.4.2融合T型 NURBS的位置速度規(guī)劃及Squad多姿態(tài)插補(bǔ)規(guī)劃
3.5機(jī)器人柔順控制算法仿真實(shí)驗(yàn)
第4章機(jī)器人柔順控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
4.1機(jī)器人柔順控制系統(tǒng)平臺(tái)概述
4.1.1機(jī)器人柔順控制實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)
4.1.2典型機(jī)器人柔順控制硬件平臺(tái)
4.2機(jī)器人力控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
4.3力感知傳感器工作原理
4.3.1六維力傳感器
4.3.2關(guān)節(jié)力矩傳感器
4.4機(jī)器人柔順控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
第5章機(jī)器人柔順控制典型應(yīng)用工程實(shí)踐
5.1機(jī)器人牽引示教與彈簧特性
5.2基于力反饋的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)軌跡跟蹤
5.2.1機(jī)器人自由空間軌跡跟蹤實(shí)現(xiàn)
5.2.2機(jī)器人任務(wù)空間恒力跟蹤實(shí)現(xiàn)
5.3面向復(fù)雜曲面的恒力跟蹤策略/解析FCPressNURBS指令
5.4機(jī)器人柔順精密裝配工程實(shí)踐
5.4.1柔順裝配實(shí)踐分析
5.4.2單臂機(jī)器人柔順裝配驗(yàn)證
5.4.3雙臂機(jī)器人柔順裝配驗(yàn)證