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第1章 导论 1

1.1 智能机器人系统的研究现状简介 1

1.1.1 机器人语言 5

1.1.2 末端操作器 5

1.1.3 运动学和动力学 5

1.1.4 机器人控制 5

1.1.5 多传感系统技术 6

1.2 智能机器人系统的研究方法 6

1.2.1 隐喻方法 7

1.2.2 模型方法 8

1.2.3 数值方法 9

1.2.4 计算方法 11

1.2.5 虚拟方法 11

1.2.6 综合集成方法 12

1.3 智能机器人系统建模中的问题与方法 13

1.3.1 机器人系统建模概述 13

1.3.2 机器人系统建模方法 16

习题 29

参考文献 29

第2章 建模基础理论 31

2.1 系统理论 31

2.1.1 系统理论起源 31

2.1.2 系统分类 34

2.1.3 系统建模与系统分析 39

2.1.4 系统结构模型 41

2.1.5 层次分析法 45

2.1.6 系统评价 47

2.1.7 系统决策 50

习题 52

2.2 复杂性理论 52

2.2.1 复杂性概述 52

2.2.2 对复杂问题建模与仿真的重要思考 58

2.2.3 复杂适应系统理论 60

2.2.4 复杂系统微观仿真 64

2.2.5 复杂系统的处理方法 67

2.2.6 综合集成的复杂系统理论 69

2.2.7 复杂系统仿真 70

习题 73

2.3 反馈控制论 73

2.3.1 控制论概述 73

2.3.2 反馈控制 80

2.3.3 无约束线性二次反馈最优控制问题 87

2.3.4 机器人组合非线性反馈控制器设计 89

习题 91

2.4 相似性理论 91

2.4.1 相似性理论概述 91

2.4.2 相似理论三大定理 95

2.4.3 基于相似性理论的系统仿真基本概念框架 98

2.4.4 基于相似性理论的系统仿真方法 101

2.4.5 系统相似的度量 104

2.4.6 仿真系统建模的相似性与复杂性 108

习题 114

2.5 多智能体理论 114

2.5.1 多智能体概述 114

2.5.2 多机器人系统的自主性 122

习题 136

参考文献 136

第3章 智能机器人系统建模方法 143

3.1 机器人的基本模型 143

3.1.1 运动学模型 143

3.1.2 动力学模型 159

3.2 智能机器人系统的数学建模方法 166

3.2.1 数学元模型 168

3.2.2 几何模型 175

3.2.3 图论模型 182

3.2.4 基于图论的构形网络建模 187

3.2.5 函数模型 190

习题 193

3.3 智能机器人系统的物理建模方法 194

3.3.1 物理场模型 194

3.3.2 物理现象模型 205

3.3.3 物理比例模型 218

习题 223

3.4 智能机器人系统的仿生建模方法 223

3.4.1 仿生机器人的研究现状与进展 224

3.4.2 仿生机械力学模型 225

3.4.3 仿生神经感知模型 235

3.4.4 仿生进化和优化模型 242

3.4.5 仿生群智能模型 248

3.4.6 仿生信息模型 253

习题 260

参考文献 261

第4章 仿真软件与应用 269

4.1 基于MATLAB/Simulink的仿真 269

4.1.1 机器人系统仿真中的MATLAB 269

4.1.2 基于Simulink的机器人系统仿真 275

4.1.3 基于SimMechanics的机器人系统仿真 281

4.1.4 基于MATLAB/Simulink的机器人动力学仿真 297

4.1.5 基于MATLAB/SimMechanics的机器人系统仿真实例 319

4.2 基于SolidWorks/COSMOS的仿真 324

4.2.1 CAC/CAM技术在机器人研究中的应用 325

4.2.2 SolidWorks简介及其应用 326

4.2.3 SolidWorks二次开发的系统分析 330

4.2.4 COSMOS/Works软件介绍 333

4.2.5 基于COSMOS/Works的起重机有限元分析建模方案 334

4.2.6 起重机的有限元模型建立 335

4.2.7 在COSMOS/Works中的分析前处理应用介绍 337

4.3 基于ODE的仿真 341

4.3.1 ODE的基本概念 341

4.3.2 ODE的构成 342

4.3.3 ODE与其他软件的结合应用 348

4.3.4 ODE物理引擎在Space操作系统中的应用 355

4.3.5 蛇形机器人蜿蜒运动的ODE控制仿真 358

4.4 基于OpenGL的仿真 363

4.4.1 OpenGL简介 363

4.4.2 OpenGL三维仿真实现的一般方法 366

4.4.3 OpenGL仿真的关键技术 368

4.4.4 OpenGL变换 372

4.4.5 OpenGL中三维几何造型的特点 377

4.4.6 Windows下OpenGL的工作方式 379

4.4.7 OpenGL工作结构和动画原理 380

4.4.8 Visual C＋＋调用OpenGL实现位图方法 381

4.4.9 基于OpenGL和SolidWorks的轮式移动机器人仿真 382

4.4.10 基于OpenGL和SolidWorks的空间站及舱外机械臂仿真 392

4.5 其他仿真软件与技术 398

4.5.1 ADAMS软件概述 398

4.5.2 ADAMS软件基本模块 399

4.5.3 RecurDyn软件简介 402

4.5.4 Isight-FD软件简介 406

4.5.5 机器人工具箱Robotics ToolBox简介 411

参考文献 413

第5章 联合仿真案例介绍 417

5.1 基于Pro/E、ADAMS和ANSYS的3-RPS型并联机器人联合仿真 417

5.1.1 引言 417

5.1.2 Pro/E、ADAMS和ANSYS三种软件简介 417

5.1.3 并联机器人简介 419

5.1.4 接口Mech/Pro 2005插件 423

5.1.5 3-RPS型并联机器人联合仿真案例 424

5.1.6 结论 430

5.2 基于ADAMS与MATLAB/Simulink的二连杆机器人联合仿真 431

5.2.1 引言 431

5.2.2 ADAMS和MATLAB/Simulink软件 431

5.2.3 两种软件的联合仿真控制流程 434

5.2.4 二连杆机器人动力学模型的建立 436

5.2.5 二连杆机器人联合仿真案例 439

5.2.6 结论 444

5.3 基于Isight-FD与MATLAB/SimMechanics的机构参数优化 445

5.3.1 引言 445

5.3.2 两种软件联合仿真流程 446

5.3.3 平面四杆机构参数优化联合仿真案例 449

5.3.4 结论 455

参考文献 455