非完整機器人的原理與控制（簡體書）

《非完整機器人的原理與控制》主要介紹非完整機器人的機構原理與控制方法，強調機器人機構學與控制理論的結合，提出了基于非完整約束機構模型與控制模型映射關系的可控欠驅動機器人機構設計的方法。書中內容是根據作者在非完整機器人領域的研究成果撰寫的。全書共分9章，內容包括：非完整機器人的基本問題和基礎知識、非完整約束機構及其運動傳遞特性、可控非完整機器人的機構原理和控制方法等。《非完整機器人的原理與控制》著眼于對問題的理解，力圖用通俗的語言詮釋非完整機器人的機構原理與控制方法，突出非完整機器人的新機構。
《非完整機器人的原理與控制》適合于機械設計及理論、機械電子工程、控制理論等相關專業的研究生及科研工作者閱讀，也可供從事機器人設計和應用的工程技術人員參考。

《非完整機器人的原理與控制》基于非完整約束系統的力學原理與非線性控制理論的結合，重點闡述了非完整機器人的概念、特性及其可控欠驅動機械機構設計、運動規劃和控制的原理與方法，提出了控制模型與機構模型相融合的思想方法，建立了非完整可控機械系統的設計理念與方法，介紹了基于這種設計思想和方法開發的非完整機器人實例，以及這種設計理念和方法的應用前景。
《非完整機器人的原理與控制》適合相關專業大學生、研究生以及工程技術人員閱讀使用。

前言
第1章 緒論
1.1 非完整約束與非完整系統
1.2 非完整機器人
1.3 非完整機器人的基礎問題
1.3.1 機器人的“非完整性”判別
1.3.2 非完整機器人的可控性
1.3.3 非完整機器人的運動規劃
1.4 非完整機器人的研究綜述
1.4.1 非完整機器人特性的研究綜述
1.4.2 非完整運動規劃與控制的研究綜述
1.4.3 新型非完整機器人的研究綜述
1.5 本書內容概述
參考文獻

第2章 非完整系統的基本特性
2.1 非完整系統的約束特性
2.2 約束的非完整性判別
2.3 非完整系統的可控性
2.4 非完整系統的控制與鏈式變換
2.4.1 非完整系統的控制
2.4.2 鏈式變換
2.4.3 鏈式變換的特性
2.5 非完整系統的動力學方程
2.5.1 非完整系統的哈密頓原理
2.5.2 非完整系統的典型動力學方程
2.6 本章小結
參考文獻

第3章 非完整約束機構的原理
3.1 非完整約束機構的結構模型
3.2 非完整約束機構的運動模型及其特性
3.2.1 非完整約束機構的運動模型
3.2.2 非完整運動傳遞機構的主要特性
3.3 非完整約束機構的運動學分析
3.3.1 圓盤轉動為機構運動的輸入
3.3.2 轉盤轉動為機構運動的輸入
3.4 非完整約束機構的動力學特性
3.5 本章小結
參考文獻

第4章 面向控制的非完整機器人機構的理論設計
4.1 可控非完整機器人機構的設計思想
4.2 開鏈式非完整機器人機構的理論設計
4.2.1 機器人的關節結構與運動傳遞關系
4.2.2 機器人的結構
4.3 開鏈式非完整機器人的運動學模型
4.4 開鏈式多關節機器人的可控性和非完整性
4.5 并鏈式可控非完整機器人機構的理論設計
4.5.1 能量主傳遞鏈的設計
4.5.2 并鏈式非完整機器人機構的理論設計
4.5.3 并鏈式非完整機器人的可控性和非完整性
4.6 本章小結
參考文獻

第5章 多關節非完整機器人的基本特性與鏈式變換
5.1 四關節非完整機器人機構的基本特性
5.1.1 開鏈式四關節非完整機器人機構的基本特性
5.1.2 并鏈式四關節非完整機器人機構的基本特性
5.2 四關節非完整機器人系統的鏈式變換
5.2.1 多關節非完整機器人系統的鏈式變換方法
5.2.2 開鏈式四關節非完整機器人的鏈式變換
5.2.3 并鏈式四關節非完整機器人的鏈式變換
5.3 多關節非完整機器人的動力學模型
5.4 本章小結
參考文獻

第6章 多關節非完整機器人的運動規劃
6.1 鏈式系統的控制
6.1.1 鏈式系統的時間多項式輸入控制
6.1.2 鏈式系統的三角函數輸入控制
6.1.3 鏈式系統的最優控制
6.2 非完整機器人的運動規劃方法
6.3 基于時間多項式輸人的非完整機器人的運動規劃
6.3.1 開鏈式多關節非完整機器人的運動規劃
6.3.2 并鏈式多關節非完整機器人的運動規劃
6.4 基于三角函數輸入的非完整機器人的運動規劃
6.4.1 開鏈式多關節非完整機器人的運動規劃
6.4.2 并鏈式多關節非完整機器人的運動規劃
6.5 本章小結
參考文獻

第7章 多關節非完整機器人的設計與實驗研究
7.1 開鏈式三關節非完整機器人的機械設計
7.1.1 設計中的主要問題
7.1.2 關節傳動機構的設計
7.1.3 多關節非完整機器人的機械設計
7.2 運動控制實驗平臺
7.2.1 實驗平臺系統的建立
7.2.2 硬件結構體系
7.2.3 軟件結構體系
7.3 三關節非完整機器人的控制實驗研究
7.3.1 時間多項式輸入控制
7.3.2 時間多項式控制的三關節非完整機器人的實驗分析
7.4 本章小結
參考文獻

第8章 多掛車輪式移動機器人的操舵控制
8.1 多掛車輪式移動機器人的運動學模型及特性
8.2 多掛車輪式移動機器人的操舵與模型
8.3 多掛車輪式移動機器人系統的鏈式變換
8.4 多掛車輪式移動機器人的操舵方法
8.5 多掛車輪式移動機器人的軌跡跟蹤性能
8.6 本章小結
參考文獻

第9章 非完整機器人的研究展望
9.1 非完整系統的控制研究
9.2 非完整機器人機構的研究
9.3 非完整機器人的應用
參考文獻

第4章 面向控制的非完整機器人機構的理論設計
多關節機器人一般具有冗余性，由于可以在有效的運動規劃和控制下避開障礙進入狹小工作空間進行操作，因此備受許多學者的關注和研究。但是，多關節機器人驅動關節數的增多，會因機器人手臂重量的增加而引出操作慣性等動力學問題，對此人們提出了許多解決此問題的方案，如腱驅動、磁致伸縮驅動等，這些驅動方式由于結構的限制其應用范圍有限。
本章旨在利用非完整系統所具有的輸入控制空間維數小于其位形空間維數的特點，來尋求解決一類多關節機器人機構的設計問題，其主要思路是從非線性控制理論的觀點出發，利用提出的非完整約束機構研究可控的欠驅動多關節機器人——可控非完整機器人機構的構成原理與設計方法。這種非完整機器人機構的運動學模型可以表示為三角形構造形式或者可以轉換成鏈式系統，從而可以僅由兩個伺服驅動電機就能控制其多個關節的位形。因此，這種可控非完整機器人是一種控制輸入空間維數小于其位形空間維數的可控欠驅動機器人。
4.1 可控非完整機器人機構的設計思想
在機器人領域，設計機器人的機械本體，不僅是構筑一個機器人的機械結構問題，還必須考慮在特定輸入控制作用下，機器人的機械本體能按要求實施其運動和操作，這就是說機器人的機械本體與運動控制是一個整體。在機器人系統的傳統設計中，機器人的機械本體和控制系統是分別從機構學和控制理論的角度提出的。隨著對機器人精細作業及其控制要求的提高，機器人機械本體的運動復雜性與控制準確性的協調問題就越是突出。
一階非完整系統一般可表示為對稱仿射系統，具有輸入控制數目少于可達位形空間維數的特點。同時，針對一類標準的可控對稱仿射系統——非完整鏈式系統的運動已經提出和建立了不少的有效控制方法。這就提示我們，如果設計的非完整機器人機構與鏈式系統等價或者可轉化為鏈式系統，那么這個非完整機器人的運動控制問題就可利用鏈式系統的控制方法予以解決。于是，人們提出將非完整運動控制條件融入到非完整機器人機構的設計中，使設計的非完整機器人機構具有面向控制的描述模型的設計思路，如圖4.1 所示。