机器人动力学与控制：运动受限分析

"机器人动力学与控制/霍伟编著—北京：高等教育出版社，2004.12" 本文将深入探讨运动受限机器人动力学方程以及机器人动力学与控制的相关概念。在机器人学中，动力学方程是理解机器人行为和设计有效控制策略的基础。当机器人在执行任务时，其手端可能与外界环境发生接触，这种情况下，机器人的运动就会受到限制。在这种运动受限的条件下，传统的动力学模型需要进行扩展以考虑约束力的影响。 1. 运动受限机器人动力学方程 新顿-欧拉（Newton-Euler）方程是建立机器人动力学模型的常用方法。在不受约束的情况下，这些方程描述了物体的加速度如何由力和转动惯量决定。然而，当机器人与环境交互时，接触力会产生约束，导致动力学方程变得复杂。这些约束可以是刚性的，例如碰撞，也可以是柔性的，如抓握物体。因此，动力学方程需要纳入这些外部力和约束条件，以准确预测机器人的运动状态。 2. 机器人动力学 机器人动力学研究机器人的运动和力的关系，包括关节力矩、惯性、重力、摩擦力以及与环境交互产生的力。它不仅关注机器人的静态平衡，也涉及动态行为，如运动规划、轨迹跟踪和稳定性分析。动力学模型对于设计高效的控制算法至关重要，这些算法能够使机器人在各种工作环境中精确、稳定地执行任务。 3. 机器人控制 控制理论在机器人学中扮演着核心角色。机器人控制包括位置控制、速度控制、力/扭矩控制等，涉及反馈控制、前馈控制和混合控制策略。为了实现精确控制，需要解决的关键问题包括建模不确定性、动态补偿、鲁棒控制和自适应控制。此外，智能控制方法如模糊逻辑、神经网络和遗传算法也被用于提高控制系统的性能和适应性。 本书《机器人动力学与控制》由霍伟编著，旨在为硕士研究生和相关领域的研究人员提供全面的理论基础和实践指导。书中详细介绍了机器人运动学、动力学和控制的各个方面，并涵盖了建模、算法和代表性研究成果。通过学习，读者将能够理解和应用这些知识来解决实际的机器人控制问题。 4. 教材结构 该书分为三章，分别涵盖： - 机器人运动学：讨论机器人关节坐标系与笛卡尔坐标系之间的转换，以及逆运动学和正运动学的求解。 - 机器人动力学：深入讲解Newton-Euler方法，以及如何在有约束的情况下建立动力学模型。 - 机器人控制：介绍各种控制策略，包括经典控制理论和现代控制理论的应用。 5. 适用人群 本书适合“控制理论与控制工程”、“机械电子工程”、“机械制造及其自动化”等相关专业的硕士研究生，同时也可作为博士生和工程技术人员的参考书。 通过深入学习和理解机器人动力学方程以及相关的控制理论，工程师和研究人员能够设计出更加先进和智能的机器人系统，以适应不断变化的环境和任务需求。随着技术的进步，机器人动力学和控制的研究将继续推动机器人技术的发展，使其在制造业、服务业、医疗、探险等领域发挥更大的作用。