國之重器出版工程 空間機器人

第 一篇空間機器人基本理論
第 1章緒論003
1．1空間機器人的定義、特點及分類004
1．1．1空間機器人的定義004
1．1．2空間機器人的特點005
1．1．3空間機器人的分類006
1．2空間機器人的基本組成及主要研究內(nèi)容008
1．2．1空間機器人的基本組成008
1．2．2空間機器人的主要研究內(nèi)容009
第 2章空間機器人運動學(xué)與動力學(xué)011
2．1拓撲結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)描述012
2．2坐標系定義與坐標變換014
2．3空間機器人運動學(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空間剛性機器人動力學(xué)方程021
2．4．1用拉格朗日法建立空間剛性機器人動力學(xué)方程022
2．4．2用牛頓歐拉法建立空間剛性機器人動力學(xué)方程024
2．4．3不考慮基座浮動的情形028
2．5空間柔性機器人動力學(xué)方程030
2．5．1柔性體變形與動能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)動力學(xué)模型035
2．5．5空間機器人柔性多體動力學(xué)模型036
第3章空間機器人運動規(guī)劃037
3．1空間操作機器人運動規(guī)劃038
3．1．1規(guī)劃問題描述038
3．1．2運動軌跡的選取039
3．1．3關(guān)節(jié)空間運動規(guī)劃041
3．1．4笛卡兒空間運動規(guī)劃042
3．1．5冗余機器人避關(guān)節(jié)極限和避奇異045
3．2空間移動機器人運動規(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輪式移動機器人運動規(guī)劃059
第4章空間機器人運動控制062
4．1三環(huán)伺服運動控制064
4．1．1電機驅(qū)動與關(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基于動力學(xué)模型的運動控制079
4．2．1基于計算力矩的控制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基于動力學(xué)模型的阻抗控制095
5．2．5多機器人協(xié)同阻抗控制100
第二篇空間機器人設(shè)計基礎(chǔ)

第6章空間機器人系統(tǒng)105
6．1系統(tǒng)設(shè)計107
6．1．1設(shè)計內(nèi)容107
6．1．2設(shè)計原則108
6．2系統(tǒng)設(shè)計要素及約束要求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115
6．4系統(tǒng)構(gòu)型設(shè)計117
6．5系統(tǒng)供配電設(shè)計121
6．6系統(tǒng)信息流設(shè)計122
6．7系統(tǒng)熱設(shè)計124
6．8系統(tǒng)接口設(shè)計125
6．9系統(tǒng)工效學(xué)設(shè)計127
6．10系統(tǒng)可靠性設(shè)計128
6．11系統(tǒng)安全性設(shè)計129
6．12系統(tǒng)測試性設(shè)計130
6．13系統(tǒng)維修性設(shè)計131
6．14系統(tǒng)保障性設(shè)計132
6．15元器件、原材料及工藝的選用設(shè)計133
6．16系統(tǒng)驗證方案設(shè)計135
第7章空間機器人機械系統(tǒng)136
7．1機械系統(tǒng)設(shè)計138
7．1．1設(shè)計內(nèi)容138
7．1．2設(shè)計原則140
7．2空間機器人結(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180
7．5移動機構(gòu)184
7．5．1腿式移動機構(gòu)184
7．5．2輪式移動機構(gòu)187
7．5．3履帶式移動機構(gòu)190
7．6壓緊釋放機構(gòu)191
7．6．1壓緊釋放機構(gòu)的功能191
7．6．2釋放裝置的類型192
7．6．3壓緊釋放機構(gòu)設(shè)計195
7．7空間潤滑設(shè)計198
7．7．1潤滑設(shè)計的作用和要求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機械系統(tǒng)試驗驗證技術(shù)207
7．8．1空間機器人關(guān)節(jié)功能/性能測試208
7．8．2空間機器人末端執(zhí)行器功能/性能測試210
7．8．3環(huán)境適應(yīng)性試驗212
7．8．4可靠性試驗213
第8章空間機器人控制系統(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219
8．2．1控制系統(tǒng)架構(gòu)219
8．2．2信息流設(shè)計221
8．2．3控制系統(tǒng)工作模式設(shè)計223
8．2．4控制系統(tǒng)硬件設(shè)計225
8．2．5控制系統(tǒng)軟件設(shè)計228
8．2．6控制系統(tǒng)可靠性與安全性設(shè)計230
第9章空間機器人感知系統(tǒng)233
9．1視覺感知系統(tǒng)設(shè)計235
9．1．1設(shè)計內(nèi)容235
9．1．2設(shè)計原則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艙外空間機械臂視覺感知系統(tǒng)244
9．2．3艙外飛行空間機器人視覺感知系統(tǒng)246
9．2．4艙內(nèi)飛行空間機器人視覺感知系統(tǒng)247
9．2．5艙內(nèi)類人型空間機器人視覺感知系統(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艙外空間機械臂視覺感知系統(tǒng)254
9．3．3艙內(nèi)類人型空間機器人視覺感知系統(tǒng)257
9．4試驗驗證259
第 10章空間機器人遙操作系統(tǒng)261
10．1空間機器人遙操作系統(tǒng)設(shè)計263
10．1．1空間機器人遙操作系統(tǒng)的特點、功能及組成263
10．1．2遙操作系統(tǒng)設(shè)計原則265
10．1．3主要技術(shù)指標267
10．2典型空間機器人遙操作系統(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章空間機器人系統(tǒng)仿真281
11．1仿真在空間機器人研制中的作用283
11．2常用空間機器人仿真類型286
11．2．1按實現(xiàn)方式分類286
11．2．2按時間關(guān)系分類287
11．3空間機器人仿真中的兩個關(guān)鍵問題288
11．3．1仿真目標288
11．3．2模型驗證289
11．4基于仿真的任務(wù)驗證291
11．5常用機器人仿真軟件294
11．5．1MATLAB294
11．5．2SimulationX295
11．6基于MATLAB/SimMechanics的機器人仿真樣例297
第三篇空間機器人設(shè)計實例
第 12章大型空間機械臂設(shè)計實例303
12．1設(shè)計要求與約束條件306
12．1．1設(shè)計要求306
12．1．2約束條件308
12．2系統(tǒng)總體設(shè)計310
12．2．1任務(wù)分析310
12．2．2總體設(shè)計312
12．2．3機械臂機械系統(tǒng)設(shè)計315
12．3控制系統(tǒng)設(shè)計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321
12．3．4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計324
12．4感知系統(tǒng)設(shè)計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328
12．4．4視覺測量系統(tǒng)硬件設(shè)計328
12．4．5視覺測量系統(tǒng)軟件設(shè)計330
12．5設(shè)計驗證331
12．5．1驗證項目矩陣331
12．5．2驗證方案332
第 13章空間移動機器人設(shè)計實例335
13．1設(shè)計要求與約束條件337
13．1．1設(shè)計要求337
13．1．2約束條件338
13．2系統(tǒng)總體設(shè)計340
13．2．1任務(wù)分析340
13．2．2總體方案設(shè)計342
13．3機械系統(tǒng)設(shè)計348
13．3．1驅(qū)動轉(zhuǎn)向模塊設(shè)計349
13．3．2主動懸架模塊設(shè)計350
13．3．3差動支撐模塊設(shè)計351
13．3．4壓緊釋放模塊設(shè)計352
13．4控制系統(tǒng)設(shè)計354
13．4．1控制系統(tǒng)總體設(shè)計354
13．4．2控制系統(tǒng)模式設(shè)計355
13．4．3伺服驅(qū)動方案設(shè)計356
13．5感知系統(tǒng)設(shè)計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360
13．5．3導(dǎo)航相機設(shè)計362
13．5．4避障相機設(shè)計362
13．5．5太陽敏感器設(shè)計363
13．6設(shè)計驗證364
13．6．1車體爬坡能力驗證364
13．6．2車體越障能力驗證365
13．6．3車體抬升能力驗證366
13．6．4抬輪行走能力驗證367
第 14章行星表面采樣機械臂設(shè)計實現(xiàn)369
14．1設(shè)計要求與約束條件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373
14．2．1任務(wù)分析373
14．2．2總體設(shè)計374
14．3機械系統(tǒng)設(shè)計379
14．3．1系統(tǒng)組成379
14．3．2關(guān)節(jié)設(shè)計379
14．3．3臂桿設(shè)計381
14．3．4采樣器設(shè)計382
14．3．5壓緊機構(gòu)設(shè)計383
14．4控制系統(tǒng)設(shè)計385
14．4．1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計385
14．4．2控制單元設(shè)計385
14．4．3關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)設(shè)計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389
14．5．1觸地傳感組件設(shè)計389
14．5．2視覺系統(tǒng)設(shè)計389
14．6設(shè)計驗證392
14．6．1試驗驗證項目392
14．6．2抗力學(xué)環(huán)境試驗393
14．6．3抗熱學(xué)環(huán)境試驗393
14．6．4抗塵土試驗394
14．6．5高溫展開試驗394
14．6．6末端采樣試驗394
14．6．7著陸姿態(tài)拉偏試驗396
第四篇總結(jié)與展望
第 15章空間機器人現(xiàn)狀399
15．1空間機器人的發(fā)展歷程400
15．2空間機器人的研究現(xiàn)狀403
15．3小結(jié)413
第 16章空間機器人展望415
16．1空間機器人產(chǎn)品416
16．1．1軟體機器人417
16．1．2飛行機器人419
16．1．3空間云機器人420
16．1．4空間多機器人系統(tǒng)421
16．1．5人工智能空間機器人422
16．2空間機器人技術(shù)424
16．3小結(jié)433
參考文獻434
符號定義444
英文縮略語446
索引448