柔性机器人：多尺度操作应用

内容概要

译者连晓峰、潘峰都是国内人工智能和机器人领域的专家，也是机器人行业学会和相关权威杂志的理事，多次在国内机器人竞赛类赛事中带队取得了非常优秀的成绩。

书籍目录

译者序

原书前言

作者名单

第1章微操作柔性集成结构设计

1.1微操作中柔性结构的设计与控制问题

1.1.1微尺度操作特性

1.1.2可靠性和定位精度

1.1.3微操作站

1.1.4机器人微操作控制相关问题

1.2微机电一体化设计

1.2.1柔性集成结构建模

1.2.2活性传导材料

1.2.3多物理模型

1.2.4微机电结构的优化策略

1.3柔性压电传导结构的综合优化方法示例

1.3.1块方法

1.3.2通用设计方法

1.3.3有限元模型

1.3.4应用示例：柔性集成微抓手设计

1.4小结

参考文献

第2章柔性结构的控制表示和显著特性

2.1柔性结构的状态空间表示

2.1.1动态表示

2.1.2模态基的能量守恒模型

2.1.3阻尼特性

2.1.4方程组求解

2.1.5模态基的状态空间表示

2.1.6模态辨识与控制

2.2模态能控性和能观性概念

2.2.1状态能控性与能观性概述

2.2.2柔性结构下的格拉姆矩阵解释

2.2.3模态基的格拉姆矩阵表示

2.3模型降阶

2.3.1均衡实现

2.3.2Moore降阶技术

2.3.3柔性结构的模态和均衡实现等效模态

2.4模态分析准则对拓扑优化的作用

2.4.1模型降阶的实际问题

2.4.2执行器/传感器配置

2.4.3拓扑优化中控制传递函数的频率响应

2.4.4结构优化中的模态能观性判据

2.4.5高控制权限(HAC)/低控制权限(LAC)控制

2.5小结

参考文献

第3章柔性结构建模的结构能量法

3.1简介

3.2有限维系统

3.2.1经典能量模型

3.2.2经典网络模型

3.2.3波特汉密尔顿公式

3.3无限维系统

3.3.1入门示例

3.3.2系统分类

3.3.3无限维狄拉克结构

3.3.4边界控制系统及其稳定性

3.4小结

参考文献

第4章柔性微操作机器人的开环控制方法

4.1简介

4.2压电微执行器

4.2.1柔性压电微执行器

4.2.2滞回建模与补偿

4.2.3强阻尼振动系统的建模和补偿

4.3热敏微执行器

4.3.1热敏执行器

4.3.2建模与辨识

4.3.3热执行器的双稳态模块

4.3.4控制

4.3.5数字化微机器人

4.4小结

参考文献

第5章多功能灵巧抓手的机械柔性和设计

5.1机器人抓手系统

5.1.1机器人抓手

5.1.2多功能抓取概念

5.1.3灵巧操作概念

5.2驱动架构和弹性元件

5.2.1驱动系统

5.2.2“简单效应”驱动结构中的弹性传动建模

5.3结构柔性

5.3.1柔性关节与精度问题

5.3.2多关节操作的指间关节设计示例

5.3.3可形变接触表面

5.4小结

参考文献

第6章多关节灵巧手操作的柔性触觉传感器

6.1简介

6.2作为机器人操作基础的人类灵巧操作

6.2.1人手和手指运动

6.2.2人手的触觉感知

6.2.3机器人灵巧操作触觉感知的功能规范

6.3触觉感知技术

6.3.1电阻式传感器

6.3.2导电聚合物和织物纤维

6.3.3导电弹性体复合材料

6.3.4导电流体

6.3.5电容式传感器

6.3.6压电式传感器

6.3.7光学传感器

6.3.8有机场效应晶体管

6.4传感器解决方案和感知技术的比较

6.5指甲传感器

6.5.1基本描述与工作原理

6.5.2制造过程

6.6从指甲传感器到触觉皮肤

6.6.1柔性指甲传感器阵列

6.6.2尺寸、材料和制造工艺

6.6.3信号寻址管理：大规模阵列和系统集成的挑战

6.7从传感器到人工触摸系统

6.7.1传感器保护和作用力传输

6.7.2基于指甲传感器的纹理分析装置

6.8应用与信号分析

6.8.1表面识别

6.8.2粗糙度估计

6.8.3材料感官分析

6.9小结

参考文献

第7章高精度机器手的柔性弯曲

7.1高精度工业机器人应用背景

7.1.1应用

7.1.2高精度与建议解决方案原则之间的约束连接

7.1.3超高精度机器人的几个示例

7.2简单柔性的运动学分析

7.2.1柔性设计

7.2.2基本关节的自由度

7.2.3寄生运动

7.2.4直线挠性和圆形挠性

7.3柔性并行化运动设计方法

7.3.1目的

7.3.2模块化设计方法

7.3.3超高精度概念的应用

7.3.4基于柔性的构件机械设计

7.4Legolas 5型机器人设计示例

7.4.1基于柔性的机械设计

7.4.2Legolas 5型机器人原型

7.4.3超高精度模块化并联机器人系列

参考文献

第8章柔性关节串联机器人的建模与运动控制

8.1简介

8.2建模

8.2.1柔性源

8.2.2动态模型

8.2.3动态简化模型特性

8.2.4简化示例分析

8.3辨识

8.3.1基于附加传感器的辨识

8.3.2仅根据电动机测量值进行辨识

8.3.3讨论与开放问题

8.4运动控制

8.4.1奇异摄动法

8.4.2线性化与补偿

8.4.3特殊控制方法

8.5小结

参考文献

第9章可形变机械臂的动力学建模

9.1简介

9.2弹性体的NewtonEuler模型

9.2.1应用于刚体的Poincaré方程组：NewtonEuler模型

9.2.2应用于浮动框架下弹性体的Poincaré方程组

9.2.3形变参数化

9.3可形变机械臂的运动学模型

9.4可形变机械臂的动力学模型

9.5示例

9.5.1问题描述

9.5.2受力运动定义

9.6小结

参考文献

第10章柔性结构机械手的鲁棒控制

10.1简介

10.2LTI方法论

10.2.1医疗机器人

10.2.2建模与辨识

10.2.3H∞控制

10.2.4线性控制评价

10.3LPV方法论

10.3.1具有两个柔性段的机械手

10.3.2LPV模型辨识

10.3.3LPV系统的分析和综合方法

10.3.4柔性机械手控制应用

10.4小结

参考文献

作者简介

《柔性机器人：多尺度操作应用》主要介绍了有关柔性机器人原理、结构与应用等内容。全书内容共计10章，其中第1章介绍了集成功能微抓手系统设计的一般概念，涉及材料科学和拓扑结构优化的自动化先进控制；第2章着重分析了模态能控性和能观性的双重表示，并介绍了在柔性机械手优化设计中模型降阶和传感器/执行器共定位相关的几个重要特性；第3章介绍了允许同时使用能量和系统结构表示的不同建模工具，尤其是采用波特-汉密尔顿（Port-Hamiltonian）系统的建模工具；第4章讨论了可用于受限或拥挤环境中操作的两种无传感器方法以及如何采用双稳态机械结构来产生微操作功能；第5章分析了应对多功能抓取任务和灵巧手操作所需特定要求的一些适当方法；第6章讨论了基于压阻技术的三轴作用力传感器的发展；第7章分析了机器人操作中亚微米级精度的约束条件，以及柔性关节的运行学分析方法、机器人的关键部件和高精度机构，同时还研究了超高精度并联机器人新的模块化设计方法；第8章介绍了具有柔性关节的串联机器人中建模、辨识和控制律分析的基本步骤；第9章对形变体机械手的模型进行了综述；第10章介绍了基于实验数据的柔性机械手辨识和控制方法，并着重分析了线性变参数（LPV）模型以及在线自适应校正器的特性。本书的目的是为从事柔性机器人领域的研究人员提供相关的先进科学和技术，可作为相关专业高年级师生及研究人员的参考用书。

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