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| 編輯推薦： |
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本书在北京航空航天大学机器人工程专业本科核心专业课——“机器人控制技术基础”讲义的基础上编写而成，由北京航空航天大学机器人专业教授团队撰写。 全书以机械臂为研究对象，系统地讨论了机器人控制系统架构、运动控制和力控制基本原理、机器人动力学模型在伺服控制中的应用，可以作为高等工科院校机器人工程、机械工程、自动化工程等本科专业的专业课教材，也可供从事机器人研究开发的工程技术人员和科研人员使用与参考。
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| 內容簡介： |
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本书旨在为读者提供研究机器人控制系统的基础知识，使读者具备构建机器人控制系统的基本能力。为此，本书以机械臂为研究对象，系统地讨论了机器人控制系统架构、运动控制和力控制基本原理、机器人动力学模型在伺服控制中的应用。本书内容前后连贯、难度循序渐进，以单关节和平面2R机器人为贯穿全书的研究对象，通过实例分析和编程验证，使读者理解书中讨论的各种控制算法。 本书第1章概述机器人控制系统的演变过程，讨论控制系统软硬件架构和设计流程；第2章总结机器人系统建模方法，给出研究对象的动力学模型；第3章介绍实现机器人运动控制的基本原理；第4章讨论机器人常用电机的特性；第5章研究独立关节经典PID控制器在机器人控制中的适用条件和设计方法，给出速度、加速度和力矩前馈增益的计算方法；第6章研究基于逆动力学模型的机器人线性化控制方法；第7章讨论机器人力控制的基本概念、力位混合控制器和阻抗控制器设计方法。 本书可以作为高等工科院校机器人工程、机械工程、自动化工程等本科专业的专业课教材，也可供从事机器人研究开发的工程技术人员和科研人员使用与参考。
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| 關於作者： |
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王巍，2000年毕业于北京航空航天大学机器人研究所，获机械电子工程专业博士学位。从事机器人相关的教学和科研工作20余年，现任北京航空航天大学机器人工程专业责任教授，负责专业课程建设。主要科研成果如下：主持研制工业、特种和服务机器人系统样机26套，主持研发和交付机器人产品8种，主持建设服务机器人生产线1套，发表SCI论文42篇、其他论文近二百篇，获批国家发明26项，出版教材和译著8本，获得国际会议最佳论文奖1项
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| 目錄：
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第1章绪论(1)
1.1机器人控制系统发展历史(1)
1.2机器人控制系统概述(8)
1.3机器人控制系统设计的一般流程(14)
1.4本书研究内容(15)
1.5章节安排与内容导读(17)
1.6学习目标(17)
1.7如何使用本书(18)
习题(18)
第2章机器人建模(19)
2.1刚体位姿描述(19)
2.2机器人运动学建模(34)
2.3速度和静力雅可比(45)
2.4机器人动力学建模(53)
本章小结(63)
习题(64)
第3章机器人轨迹生成与运动控制(69)
3.1机器人运动控制的概念和流程(70)
3.2机器人轨迹生成算法(76)
3.3机器人运动控制的实现(93)
3.4机器人控制问题和方法的分类(104)
3.5机器人控制程序示例(108)
本章小结(113)
习题(114)
第4章机器人常用电机及驱动器(117)
4.1步进电机及其驱动器(119)
4.2有刷直流永磁伺服电机及其驱动器(134)
4.3无刷永磁伺服电机及其驱动器(148)
4.4三种伺服电机的特点和适用场合(154)
4.5伺服驱动器简介(155)
本章小结(156)
习题(157)
第5章经典分散运动控制(158)
5.1机器人关节电机的开环控制模型(158)
5.2驱动空间逆动力学方程的非线性与分解(169)
5.3独立关节位置PID控制器(182)
5.4集中前馈补偿位置PID控制器(202)
5.5PID控制器的离散化(209)
本章小结(214)
习题(215)
第6章逆动力学运动控制(218)
6.1误差动力学方程(218)
6.2逆动力学控制器的设计(223)
6.3集中前馈补偿位置PID控制器的问题(228)
6.4机器人逆动力学运动控制器(230)
6.5操作空间运动控制概述(239)
本章小结(244)
习题(244)
第7章机器人力控制基础(246)
7.1机器人力控制的基本概念(246)
7.2完全刚性约束下的力控制(248)
7.3刚性约束与力位混合控制(250)
7.4弹性约束下的阻抗控制(261)
本章小结(274)
习题(275)
参考文献(276)
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| 內容試閱：
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前言 机器人控制系统是机器人的核心子系统之一，它需要根据指令和环境变化，控制本体完成任务。其中，把任务指令转化为关节指令，进而实现运动和力控制，是机器人控制系统的基础功能。工业机器人是应用*广泛也*成熟的机器人系统，而运动和力控制正是工业机器人控制的核心问题。 本书围绕运动和力控制问题，以串联型工业机器人为研究对象，讨论机器人动力学建模方法、机器人运动控制的软硬件原理、机器人关节驱动器模型、独立关节经典运动控制算法、逆动力学控制算法、力位混合控制算法和阻抗控制算法。通过上述讨论，本书力求系统化地梳理机器人控制技术的基础理论和机器人控制系统的构建方法，为设计和实现机器人控制系统打下理论基础。 从控制的角度看，机器人的显著特点在于，它的动力学模型包含非线性参数和环境接触力。在设计机器人运动和力控制算法时，无论利用经典控制理论还是现代控制理论，都要充分考虑机器人动力学模型的特点并加以利用。因此，本书首先对机器人学的基础知识进行归纳，梳理建立机器人动力学模型的方法。 机器人控制系统的基础功能是运动控制，工业机器人的控制系统也因而被称为运动控制系统。运动控制系统并不仅仅完成关节指令的闭环控制，它还要把用户指令转换成机器人关节控制指令，其中涉及复杂的软硬件知识。在讨论抽象的控制算法之前，本书对机器人运动控制系统的硬件组成、软件模块和运行原理进行了概述，使读者直观而全面地认识机器人运动控制系统、了解控制算法的硬件载体以及算法在控制系统中的作用。 电机是机器人的主要驱动元件，也是控制算法的直接作用对象。本书结合机器人运动控制的需求，对机器人常用伺服电机及其驱动器进行了讨论，进一步从硬件层面阐述机器人关节驱动的实现原理。 在前述讨论的基础上，本书用三章的篇幅，系统而全面地讨论了机器人动力学模型的非线性特性、非线性对机器人关节控制的影响、经典PID控制算法的适用条件/设计方法、速度/加速度/力矩前馈的设计方法、机器人非线性控制方法和力控制方法。这三章内容难度循序渐进，在知识体系上有很强的连贯性，构成了机器人控制技术的基础理论体系，也是本书的核心内容。 本书以单关节和平面2R机器人为贯穿全书的研究对象，通过例题分析它们在开环控制、经典PID控制、前馈控制、逆动力学控制和力控制算法作用下的响应，使读者更直观地理解书中的理论知识。例题中以二维码的形式提供相应的仿真程序源码，帮助读者初步了解如何把理论知识转换为机器人控制系统中的软件代码。 本书遵照上述思路进行编写，总共包括七章，各章内容如下。 第1章绪论，对机器人控制系统发展历史进行了综述，归纳了机器人控制系统的软硬件架构和设计方法，给出了本书的研究重点、阅读方法和建议。 第2章机器人建模，对机器人学基础的主要内容进行归纳总结，包括位姿描述、机器人运动学和动力学，为控制算法的讨论打下理论基础。 第3章机器人轨迹生成与运动控制，介绍机器人运动控制的基本概念和流程、轨迹生成算法、控制指令生成原理、机器人运动控制系统硬件组成、软件运行原理、机器人控制问题和算法的分类。 第4章机器人常用电机及驱动器，介绍了步进电机及其驱动器的基本原理，由步进电机构成的位置控制系统，直流有刷、直流无刷和交流永磁同步电机及其驱动器的基本原理和模型。 第5章经典分散运动控制，讨论了伺服电机及驱动器的速度控制模式和力矩模式、电机开环控制模型、独立关节PID控制器、集中前馈补偿控制器、数字PID算法的实现。 第6章逆动力学运动控制，讨论了误差动力学模型、机器人系统的线性化方法、基于逆动力学模型的关节空间和操作空间运动控制方法。 第7章机器人力控制基础，介绍了力位混合控制、阻抗控制、导纳控制和力闭环控制方法。 本书在北京航空航天大学机器人工程专业本科核心专业课——“机器人控制技术基础”讲义的基础上编写而成，可以供机器人工程、机械工程、自动化工程等相关本科或研究生课程的教学使用。 本书在编写过程中，充分结合机器人控制系统的工程实现，力图把理论知识与实际硬件相结合，尽量结合实例和硬件对象对理论公式中的各参数进行对照说明，并指出实际使用中的注意事项。因此，本书的目标不仅仅是介绍机器人控制技术的基础理论，也希望从事机器人控制系统开发的工程人员和科研人员能从中有所收获。 本书由王巍、蔡月日、史震云、张天雪共同编写。其中，第1章由王巍、史震云编写，第2章由蔡月日、张天雪编写，第3~7章由王巍编写。 本书编写过程中，得到了遨博(北京)智能科技股份有限公司刘刚工程师，北京航空航天大学机器人工程专业姜凌霄、周淏宇、唐友康同学的帮助，在此表示感谢！ 由于作者水平有限，本书中难免存在疏漏之处，恳请读者批评指正。作者2023年4月
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