机器人柔顺控制技术精解与工程实践- pdf下载

柔顺技术可使机器人具备复杂环境中的稳定接触式作业能力，但该技术从理论到实践的应用隔阂成为阻碍众多机器人从业者的研究难题。针对该难题，本书结合作者长期的一线技术研发与实际工程经验，聚焦于机器人柔顺控制领域，系统地梳理了柔顺技术背后的控制理论及工程实践方法，介绍了机器人柔顺控制的经典实践案例及最新应用情况。全书包含5章，主要内容包括机器人柔顺控制应用现状及难点分析、机器人柔顺控制方法及基本理论、机器人柔顺控制技术的核心算法、机器人柔顺控制系统设计与实现及机器人柔顺控制典型应用工程实践。

本书可作为机器人工程、机械电子工程、电气工程、电子工程、自动控制等专业的本科生、硕士生或博士生及理工科大学教师的教学参考书，也可供从事机器人和自动化设备或生产线等应用开发工作的研发人员或相关工程技术人员学习和参考。

段晋军

工学博士，南京航空航天大学机电学院副教授，2019年博士毕业于东南大学控制理论与控制工程专业智能机器人方向。研究方向包括机器人柔顺控制、拟人双臂运动规划、多机器人协作轨迹规划和位置力协调控制等。目前主持国家级省部级项目十余项，获江苏省科学技术二等奖1项，江苏省机械工程学会科学技术二等奖1项等，已发表学术论文20余篇，授权发明专利20余项，出版2部译著《自动化设备和机器人的轨迹规划》和《机器人系统中的在线轨迹规划》。

王政伟

工学博士，毕业于东南大学自动控制系，主要研究方向包括小空间环境感知、双臂协作任务与运动规划、智能推理以及人机共融协作等。现为南京航空航天大学机电学院助理研究员，主持科研项目2项、参与自然科学基金项目3项，在机器人领域期刊发表SCI/EI论文多篇，申请/授权发明专利11项。

目录

第1章机器人柔顺控制应用现状及难点分析

1.1机器人为什么需要柔顺控制技术

1.2柔顺控制在多领域的应用现状

1.2.1拖动示教应用

1.2.2抛光打磨应用

1.2.3曲面探伤应用

1.2.4工业装配应用

1.2.5外骨骼机器人应用

1.2.6仿生腿足机器人应用

1.2.7机器人末端执行夹爪

1.3柔顺控制在工程实践中的难点剖析

1.3.1力觉感知： 传感器应用难题

1.3.2执行机构： 机器人系统指令难题

1.3.3机器人控制器技术壁垒

第2章机器人柔顺控制方法及基本理论

2.1柔顺控制技术概述及方法分类

2.2被动柔顺控制及基本理论

2.3主动柔顺控制及基本理论

2.3.1间接力控制方法

2.3.2直接力控制方法

第3章机器人柔顺控制技术的核心算法

3.1阻抗控制的动力学解析

3.1.1机器人动力学建模

3.1.2机器人动力学参数辨识

3.1.3基于动力学的阻抗控制

3.2混合位置/力控制

3.2.1自然约束和人工约束

3.2.2混合位置/力控制器

3.3导纳控制

3.3.1机器人负载辨识算法与重力/惯性力补偿算法

3.3.2自适应变导纳控制算法

3.4满足机器人柔顺控制要求的轨迹规划算法设计

3.4.1非均匀有理B样条曲线及其在柔顺控制中的应用

3.4.2融合T型+NURBS的位置速度规划及Squad多姿态插补规划

3.5机器人柔顺控制算法仿真实验

第4章机器人柔顺控制系统设计与实现

4.1机器人柔顺控制系统平台概述

4.1.1机器人柔顺控制实时操作系统

4.1.2典型机器人柔顺控制硬件平台

4.2机器人力控制器设计与实现

4.3力感知传感器工作原理

4.3.1六维力传感器

4.3.2关节力矩传感器

4.4机器人柔顺控制系统实现

第5章机器人柔顺控制典型应用工程实践

5.1机器人牵引示教与弹簧特性

5.2基于力反馈的动态实时轨迹跟踪

5.2.1机器人自由空间轨迹跟踪实现

5.2.2机器人任务空间恒力跟踪实现

5.3面向复杂曲面的恒力跟踪策略/解析FCPressNURBS指令

5.4机器人柔顺精密装配工程实践

5.4.1柔顺装配实践分析

5.4.2单臂机器人柔顺装配验证

5.4.3双臂机器人柔顺装配验证

前言

机器人自诞生伊始即受到世人的广泛关注，相关学科的建立亦成为人类科学技术的重大成就。在人类的引导下，机器人尽职尽责地为人类服务，在长期的人机共融过程中已然成为帮助人类文明向自动化、智能化转变的关键“法宝”。第四次工业革命的时代帷幕即将拉开，人类将携手机器人这一得力助手，探索智能未来。

目前，机器人已在工业、航空航天、深海探测、医疗康复等高精尖领域中崭露头角，在灵活空间的运动作业中的应用已经极为成熟。而要想进一步适应智能时代的要求，机器人必须拓展服务人类场景的适应性，具备与外部复杂环境进行接触式作业的能力。机器人接触式作业的深度研究以及相关柔顺控制技术的发展势在必行。

对于许多国内机器人行业从业者而言，机器人柔顺控制技术显得有点神秘，其技术理论与良好的应用效果之间存在隔阂，人们一直希望获得一些详细、清晰、准确、可靠的柔顺控制技术参考资料，助力国内机器人接触式作业的发展。本书基于作者长期的一线实际研发与实际工程应用经验，从控制理论出发，面向机器人复杂接触式场景，致力于将机器人柔顺控制的理论与实践工作融会贯通，为相关专业的研究学者提供机器人柔顺控制的理论介绍与实践参考方案。本书并不拘泥于理论层面的严密分析，而是更多地站在一个实践应用者的角度对机器人柔顺控制技术进行剖析，以通俗易懂的语言为读者揭开机器人柔顺控制技术的神秘面纱。

全书包含5章，主要内容涉及3方面： 机器人柔顺控制理论、机器人柔顺控制算法及机器人柔顺控制工程实践。第1章从当前的机器人应用场景引入，对柔顺控制的技术难点进行了剖析； 第2章聚焦于理论基础，介绍了当前最普适的柔顺控制理论与思路； 第3章在第2章的基础上介绍了当今主流的柔顺控制算法与实现原理，设计的柔顺算法为解决实际应用难题提供了范式； 第4章与第5章分别从系统设计与实现、典型应用实践两方面详细介绍了柔顺控制技术的应用案例。

编写过程中，宾一鸣和田威教授撰写了部分章节并审阅了书稿，还从内容组织和教学的角度给予了指导。崔坤坤、张思文、杜亭燕、孙伟栋、姜锦程、郭安、吴晨冬、于衍钊、王明鑫等协助整理。南京航空航天大学的吴洪涛教授、陈柏教授、王灵禺博士等对本书的编写提出了宝贵意见和建议，在此深表感谢。

机器人柔顺控制技术是一类应用广泛、实践性强的控制技术，将随着时代的进步不断更新与完善。限于作者的研究水平和实践经验，书中难免存在缺漏之处，希望广大读者批评与指正。