空间机械臂建模、规划与控制

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内容提要

《国之重器出版工程》编辑委员会

前言

第1章 空间机械臂发展现状及关键技术

1.1 空间机械臂概述

1.1.1 空间机械臂的研究意义

1.1.2 空间机械臂的构成

1.1.3 空间机械臂的分类

1.2 国内外空间机械臂发展现状

1.2.1 国外典型空间机械臂发展现状

1.2.2 我国空间机械臂发展概况

1.2.3 空间机械臂基本参数与功能总结

1.3 空间机械臂应用分析

1.3.1 空间机械臂应用的影响因素分析

1.3.2 空间机械臂应用的技术分析

1.4 空间机械臂规划与控制关键技术

1.4.1 空间机械臂运动学建模

1.4.2 空间机械臂动力学建模

1.4.3 空间机械臂任务规划

1.4.4 空间机械臂路径规划与轨迹优化

1.4.5 空间机械臂接触碰撞控制

1.4.6 空间机械臂柔顺控制

1.5 小结

第2章 空间机械臂运动学模型

2.1 机械臂连杆间几何关系的描述方法

2.1.1 T矩阵法

2.1.2 D-H法

2.1.3 MDH法

2.1.4 MCPC法

2.1.5 旋量法

2.1.6 机械臂建系方法总结

2.2 空间机械臂位置级运动学问题

2.2.1 空间机械臂位置级正运动学问题

2.2.2 空间机械臂位置级逆运动学问题

2.3 空间机械臂速度级运动学问题

2.3.1 空间机械臂速度级正运动学问题

2.3.2 空间机械臂速度级逆运动学问题

2.3.3 算例：2自由度自由漂浮机械臂系统运动学建模

2.4 小结

第3章 空间机械臂动力学模型

3.1 机械臂动力学建模方法

3.1.1 牛顿-欧拉法

3.1.2 拉格朗日法

3.1.3 凯恩法

3.1.4 空间算子代数法

3.1.5 哈密尔顿法

3.1.6 机械臂动力学建模方法总结

3.1.7 典型动力学建模方法在空间机械臂上的应用

3.2 机械臂柔性动力学建模方法

3.2.1 基于假设模态法的机械臂柔性动力学建模方法

3.2.2 基于集中质量法的机械臂柔性动力学建模方法

3.2.3 基于有限元法的机械臂柔性动力学建模方法

3.2.4 机械臂柔性变形表征方法总结

3.2.5 典型柔性动力学建模方法在空间机械臂上的应用

3.3 小结

第4章 空间机械臂任务规划

4.1 空间机械臂任务规划框架

4.2 基于分层任务网络的空间机械臂任务规划方法

4.2.1 分层任务网络规划器介绍

4.2.2 空间机械臂分层任务网络规划域

4.2.3 空间机械臂分层任务网络化简

4.2.4 仿真算例

4.3 基于改进图的空间机械臂任务规划方法

4.3.1 空间机械臂任务规划要素表征

4.3.2 基于模拟退火算法图拓展改进

4.3.3 多约束条件下融合多目标的任务规划解提取

4.3.4 仿真算例

4.4 小结

第5章 空间机械臂路径规划

5.1 关节空间路径规划

5.1.1 基于梯形速度插值函数的路径规划

5.1.2 基于多项式插值函数的路径规划

5.1.3 仿真算例

5.2 笛卡儿空间路径规划

5.2.1 点到点路径规划

5.2.2 连续跟踪路径规划

5.2.3 基于视觉伺服的路径规划

5.2.4 仿真算例

5.3 非完整路径规划

5.3.1 非完整路径规划的数学描述

5.3.2 非完整路径规划问题的求解

5.3.3 仿真算例

5.4 小结

第6章 空间机械臂轨迹优化基本理论

6.1 空间机械臂轨迹优化模型建立

6.1.1 优化目标

6.1.2 约束条件

6.1.3 轨迹优化模型

6.2 空间机械臂轨迹优化问题求解

6.2.1 单目标轨迹优化方法

6.2.2 多目标轨迹优化方法

6.3 仿真算例

6.4 小结

第7章 考虑运动特性的空间机械臂轨迹优化

7.1 空间机械臂避奇异路径规划

7.1.1 空间机械臂奇异问题转化

7.1.2 空间机械臂奇异条件分析