國之重器出版工程 空間機(jī)器人

第 一篇空間機(jī)器人基本理論
第 1章緒論003
1．1空間機(jī)器人的定義、特點(diǎn)及分類004
1．1．1空間機(jī)器人的定義004
1．1．2空間機(jī)器人的特點(diǎn)005
1．1．3空間機(jī)器人的分類006
1．2空間機(jī)器人的基本組成及主要研究內(nèi)容008
1．2．1空間機(jī)器人的基本組成008
1．2．2空間機(jī)器人的主要研究內(nèi)容009
第 2章空間機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)011
2．1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)描述012
2．2坐標(biāo)系定義與坐標(biāo)變換014
2．3空間機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)016
2．3．1各體位置和速度016
2．3．2末端位置和速度019
2．4空間剛性機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程021
2．4．1用拉格朗日法建立空間剛性機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程022
2．4．2用牛頓歐拉法建立空間剛性機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程024
2．4．3不考慮基座浮動(dòng)的情形028
2．5空間柔性機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程030
2．5．1柔性體變形與動(dòng)能030
2．5．2柔性體的彈性力與廣義力033
2．5．3柔性體間約束方程034
2．5．4柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型035
2．5．5空間機(jī)器人柔性多體動(dòng)力學(xué)模型036
第3章空間機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃037
3．1空間操作機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃038
3．1．1規(guī)劃問題描述038
3．1．2運(yùn)動(dòng)軌跡的選取039
3．1．3關(guān)節(jié)空間運(yùn)動(dòng)規(guī)劃041
3．1．4笛卡兒空間運(yùn)動(dòng)規(guī)劃042
3．1．5冗余機(jī)器人避關(guān)節(jié)極限和避奇異045
3．2空間移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃050
3．2．1全局路徑規(guī)劃050
3．2．2局部路徑規(guī)劃054
3．2．3輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃059
第4章空間機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制062
4．1三環(huán)伺服運(yùn)動(dòng)控制064
4．1．1電機(jī)驅(qū)動(dòng)與關(guān)節(jié)伺服控制064
4．1．2關(guān)節(jié)伺服控制系統(tǒng)的調(diào)試與測試075
4．2基于動(dòng)力學(xué)模型的運(yùn)動(dòng)控制079
4．2．1基于計(jì)算力矩的控制079
4．2．2滑模變結(jié)構(gòu)控制080
第5章空間機(jī)器人力控制084
5．1力位混合控制087
5．1．1自然約束和人工約束087
5．1．2力位混合控制算法088
5．2阻抗控制091
5．2．1期望阻抗的選定092
5．2．2基于位置的阻抗控制093
5．2．3基于雅可比轉(zhuǎn)置的阻抗控制094
5．2．4基于動(dòng)力學(xué)模型的阻抗控制095
5．2．5多機(jī)器人協(xié)同阻抗控制100
第二篇空間機(jī)器人設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

第6章空間機(jī)器人系統(tǒng)105
6．1系統(tǒng)設(shè)計(jì)107
6．1．1設(shè)計(jì)內(nèi)容107
6．1．2設(shè)計(jì)原則108
6．2系統(tǒng)設(shè)計(jì)要素及約束要求109
6．2．1功能要求109
6．2．2性能要求110
6．2．3環(huán)境約束要求113
6．3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)115
6．4系統(tǒng)構(gòu)型設(shè)計(jì)117
6．5系統(tǒng)供配電設(shè)計(jì)121
6．6系統(tǒng)信息流設(shè)計(jì)122
6．7系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)124
6．8系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)125
6．9系統(tǒng)工效學(xué)設(shè)計(jì)127
6．10系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)128
6．11系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)129
6．12系統(tǒng)測試性設(shè)計(jì)130
6．13系統(tǒng)維修性設(shè)計(jì)131
6．14系統(tǒng)保障性設(shè)計(jì)132
6．15元器件、原材料及工藝的選用設(shè)計(jì)133
6．16系統(tǒng)驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)135
第7章空間機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)136
7．1機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)138
7．1．1設(shè)計(jì)內(nèi)容138
7．1．2設(shè)計(jì)原則140
7．2空間機(jī)器人結(jié)構(gòu)142
7．2．1結(jié)構(gòu)功能142
7．2．2結(jié)構(gòu)材料143
7．2．3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)150
7．3關(guān)節(jié)155
7．3．1關(guān)節(jié)分類155
7．3．2關(guān)節(jié)的組成155
7．3．3關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)165
7．4末端執(zhí)行器172
7．4．1末端執(zhí)行器分類172
7．4．2末端執(zhí)行器的組成174
7．4．3末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)180
7．5移動(dòng)機(jī)構(gòu)184
7．5．1腿式移動(dòng)機(jī)構(gòu)184
7．5．2輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)187
7．5．3履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)190
7．6壓緊釋放機(jī)構(gòu)191
7．6．1壓緊釋放機(jī)構(gòu)的功能191
7．6．2釋放裝置的類型192
7．6．3壓緊釋放機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)195
7．7空間潤滑設(shè)計(jì)198
7．7．1潤滑設(shè)計(jì)的作用和要求198
7．7．2潤滑材料及潤滑方式選取199
7．7．3脂潤滑200
7．7．4固體潤滑202
7．7．5固體脂復(fù)合潤滑206
7．8機(jī)械系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)207
7．8．1空間機(jī)器人關(guān)節(jié)功能/性能測試208
7．8．2空間機(jī)器人末端執(zhí)行器功能/性能測試210
7．8．3環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)212
7．8．4可靠性試驗(yàn)213
第8章空間機(jī)器人控制系統(tǒng)216
8．1控制系統(tǒng)的組成及基本功能217
8．2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)219
8．2．1控制系統(tǒng)架構(gòu)219
8．2．2信息流設(shè)計(jì)221
8．2．3控制系統(tǒng)工作模式設(shè)計(jì)223
8．2．4控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)225
8．2．5控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)228
8．2．6控制系統(tǒng)可靠性與安全性設(shè)計(jì)230
第9章空間機(jī)器人感知系統(tǒng)233
9．1視覺感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)235
9．1．1設(shè)計(jì)內(nèi)容235
9．1．2設(shè)計(jì)原則239
9．2可見光視覺感知系統(tǒng)的應(yīng)用241
9．2．1可見光視覺感知的基本原理241
9．2．2艙外空間機(jī)械臂視覺感知系統(tǒng)244
9．2．3艙外飛行空間機(jī)器人視覺感知系統(tǒng)246
9．2．4艙內(nèi)飛行空間機(jī)器人視覺感知系統(tǒng)247
9．2．5艙內(nèi)類人型空間機(jī)器人視覺感知系統(tǒng)248
9．3激光視覺感知系統(tǒng)的應(yīng)用252
9．3．1激光視覺感知的基本原理252
9．3．2艙外空間機(jī)械臂視覺感知系統(tǒng)254
9．3．3艙內(nèi)類人型空間機(jī)器人視覺感知系統(tǒng)257
9．4試驗(yàn)驗(yàn)證259
第 10章空間機(jī)器人遙操作系統(tǒng)261
10．1空間機(jī)器人遙操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)263
10．1．1空間機(jī)器人遙操作系統(tǒng)的特點(diǎn)、功能及組成263
10．1．2遙操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則265
10．1．3主要技術(shù)指標(biāo)267
10．2典型空間機(jī)器人遙操作系統(tǒng)268
10．2．1指令遙操作系統(tǒng)269
10．2．2雙邊遙操作系統(tǒng)270
10．2．3共享遙操作系統(tǒng)278
10．2．4智能代理遙操作系統(tǒng)279
第 11章空間機(jī)器人系統(tǒng)仿真281
11．1仿真在空間機(jī)器人研制中的作用283
11．2常用空間機(jī)器人仿真類型286
11．2．1按實(shí)現(xiàn)方式分類286
11．2．2按時(shí)間關(guān)系分類287
11．3空間機(jī)器人仿真中的兩個(gè)關(guān)鍵問題288
11．3．1仿真目標(biāo)288
11．3．2模型驗(yàn)證289
11．4基于仿真的任務(wù)驗(yàn)證291
11．5常用機(jī)器人仿真軟件294
11．5．1MATLAB294
11．5．2SimulationX295
11．6基于MATLAB/SimMechanics的機(jī)器人仿真樣例297
第三篇空間機(jī)器人設(shè)計(jì)實(shí)例
第 12章大型空間機(jī)械臂設(shè)計(jì)實(shí)例303
12．1設(shè)計(jì)要求與約束條件306
12．1．1設(shè)計(jì)要求306
12．1．2約束條件308
12．2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)310
12．2．1任務(wù)分析310
12．2．2總體設(shè)計(jì)312
12．2．3機(jī)械臂機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)315
12．3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)319
12．3．1控制系統(tǒng)的組成319
12．3．2系統(tǒng)控制策略320
12．3．3控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)321
12．3．4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)324
12．4感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)326
12．4．1感知系統(tǒng)的組成326
12．4．2視覺測量系統(tǒng)策略327
12．4．3視覺測量系統(tǒng)信息總線設(shè)計(jì)328
12．4．4視覺測量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)328
12．4．5視覺測量系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)330
12．5設(shè)計(jì)驗(yàn)證331
12．5．1驗(yàn)證項(xiàng)目矩陣331
12．5．2驗(yàn)證方案332
第 13章空間移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)實(shí)例335
13．1設(shè)計(jì)要求與約束條件337
13．1．1設(shè)計(jì)要求337
13．1．2約束條件338
13．2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)340
13．2．1任務(wù)分析340
13．2．2總體方案設(shè)計(jì)342
13．3機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)348
13．3．1驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊設(shè)計(jì)349
13．3．2主動(dòng)懸架模塊設(shè)計(jì)350
13．3．3差動(dòng)支撐模塊設(shè)計(jì)351
13．3．4壓緊釋放模塊設(shè)計(jì)352
13．4控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)354
13．4．1控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)354
13．4．2控制系統(tǒng)模式設(shè)計(jì)355
13．4．3伺服驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)356
13．5感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)359
13．5．1感知系統(tǒng)整體構(gòu)造359
13．5．2視覺感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)360
13．5．3導(dǎo)航相機(jī)設(shè)計(jì)362
13．5．4避障相機(jī)設(shè)計(jì)362
13．5．5太陽敏感器設(shè)計(jì)363
13．6設(shè)計(jì)驗(yàn)證364
13．6．1車體爬坡能力驗(yàn)證364
13．6．2車體越障能力驗(yàn)證365
13．6．3車體抬升能力驗(yàn)證366
13．6．4抬輪行走能力驗(yàn)證367
第 14章行星表面采樣機(jī)械臂設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)369
14．1設(shè)計(jì)要求與約束條件370
14．1．1任務(wù)要求370
14．1．2功能要求370
14．1．3性能要求370
14．1．4接口要求371
14．1．5環(huán)境適應(yīng)性要求371
14．2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)373
14．2．1任務(wù)分析373
14．2．2總體設(shè)計(jì)374
14．3機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)379
14．3．1系統(tǒng)組成379
14．3．2關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)379
14．3．3臂桿設(shè)計(jì)381
14．3．4采樣器設(shè)計(jì)382
14．3．5壓緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)383
14．4控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)385
14．4．1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)385
14．4．2控制單元設(shè)計(jì)385
14．4．3關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)387
14．4．4控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)387
14．5感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)389
14．5．1觸地傳感組件設(shè)計(jì)389
14．5．2視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)389
14．6設(shè)計(jì)驗(yàn)證392
14．6．1試驗(yàn)驗(yàn)證項(xiàng)目392
14．6．2抗力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)393
14．6．3抗熱學(xué)環(huán)境試驗(yàn)393
14．6．4抗塵土試驗(yàn)394
14．6．5高溫展開試驗(yàn)394
14．6．6末端采樣試驗(yàn)394
14．6．7著陸姿態(tài)拉偏試驗(yàn)396
第四篇總結(jié)與展望
第 15章空間機(jī)器人現(xiàn)狀399
15．1空間機(jī)器人的發(fā)展歷程400
15．2空間機(jī)器人的研究現(xiàn)狀403
15．3小結(jié)413
第 16章空間機(jī)器人展望415
16．1空間機(jī)器人產(chǎn)品416
16．1．1軟體機(jī)器人417
16．1．2飛行機(jī)器人419
16．1．3空間云機(jī)器人420
16．1．4空間多機(jī)器人系統(tǒng)421
16．1．5人工智能空間機(jī)器人422
16．2空間機(jī)器人技術(shù)424
16．3小結(jié)433
參考文獻(xiàn)434
符號(hào)定義444
英文縮略語446
索引448