機器人機構的奇異點 9787118129168 (西)Oriol Bohigas Montserrat Ma

內容簡介
《機器人機構的奇異點》旨在為機器人機構中可能遇到的所有奇異點類型提供一致性的表達方法，並給出對這些奇異位形的穩健求解計算及其規避路徑規劃策略。獲得這些方法的重要性在於，由於機器人運動過程中，若經過奇異點，則會導致其運動能力退化，因此在機器人構型設計前，需充分考慮這些問題。該書還提出了通過計算與處理奇異點集的方式，為機構的局部與全局運動能力提供詳盡信息的方法：奇異點集在任務空間與關節空間的投影決定著機構在相應空間的工作區間，可據此判斷不同裝配構型的存在性，同時也可以明確可控性與靈活性退化顯著的區域。這些投影雖然提供了機構的可行運動位置的集合，但並未揭示所有可行的無奇異點運動路徑。為進一步解決這一問題，該書提出了規避奇異點路徑規劃的一般方法，並將這些方法拓展到剛性或柔性繩驅並聯機構中具有力旋量約束的情況。
奇異構型在機構設計中起到的關鍵作用在很早以前就已受到關注，但迄今為止，僅存在少量專門針對特殊機構的奇異點集計算及規避方法。該書的顯著特點在於，首次提出了對所有非冗餘機構具有普遍適用性的一般方法，從而有助於促進新型或更加複雜機器人機構的設計。為了以簡潔、優美的形式表達公式及結論，該書主要針對非冗餘機構開展研究，即便如此，提出的方法和技術可經適當延伸，應用於冗餘機器人。總之，該書旨在消除設計創新中存在的障礙，且有助於讀者理解如何以一種有效、可靠的方式對複雜多體系統的運動進行預測、規劃與控制。

目錄
第1章 引言
1 1 歷史背景
1 2 前提假設和適用範圍
1 3 讀者指南
參考文獻
第2章 奇異點類型
2 1 正運動學奇異點與逆運動學奇異點
2 2 奇異點的幾何解釋
2 2 1 奇異點誘發不穩定運動的機理
2 2 2 C空間、輸入、輸出奇異點
2 2 3 作為C空間輪廓點的奇異點
2 2 4 機構運動路徑的不確定性
2 3 更底層的奇異點分類
2 4 包含所有類型奇異點的簡單機構
參考文獻
第3章 奇異點集的數值計算
3 1 一種通用方法
3 2 奇異點集方程構建
3 2 1 運動副約束
3 2 2 速度方程
3 3 奇異點集的分離
3 3 1 奇異點集方程向簡潔二次型的轉化
3 3 2 初始二維搜索邊界
3 3 3 基於分支修剪法的奇異點集方程求解
3 3 4 演算法的計算代價與并行化
3 4 奇異點集的可視化
3 5 示例分析
3 5 1 3-RRR機構
3 5 2 Gough-Stewart平台
3 5 3 2自由度雙環平面機構
參考文獻
第4章 工作空間求解
4 1 研究普適方法的必要性
4 2 機構的工作空間及其邊界
4 2 1 雅可比矩陣秩虧條件
4 2 2 障礙規避分析
4 3 延拓方法存在的問題
4 4 基於分支修剪法的工作空間求解
4 4 1 關節極限約束
4 4 2 廣義奇異點集方程
4 4 3 工作空間的數值求解與邊界識別
4 5 實例探究
4 5 1 多組件工作空間
4 5 2 隱式障礙
4 5 3 退化障礙
4 5 4 複雜機構
參考文獻
第5章 避奇異路徑規劃
5 1 相關研究工作
5 2 避奇異C空間構建
5 3 避奇異C空間求解
5 3 1 圖表構建
5 3 2 圖譜構建
第6章 附加約束的避奇異路徑規劃
第7章 總結
符號表

前言/序言
撰寫背景與意義
當前，「機器人」正大行其道。創新的機器人機構不斷湧現，其應用與日俱增。從地表到太空，從實驗室研究到醫療及工業應用，經常出現並聯機器人、行走機器人、力反饋裝置、飛行器、機械手臂、類人機器人以及其他更加複雜機構的身影。對這些機構而言，精確、可靠地執行複雜運動的能力至關重要，但對這類運動的分析和規劃絕非易事。為實現這一目的，必須深入理解並處理好所謂的「奇異」位形——一種機構的運動與動力學行為顯著退化的特殊姿態。
本書旨在為機器人機構中可能遇到的所有奇異點類型提供一致性的表達方法，並給出對這些奇異位形的穩健求解計算及其規避路徑規劃策略。獲得這些方法的重要性在於，由於機器人運動過程中，若經過奇異點，則會導致其運動能力退化，因此在機器人構型設計前，需充分考慮這些問題。本書還提出了通過計算與處理奇異點集的方式，為機構的局部與全局運動能力提供詳盡信息的方法：奇異點集在任務空間與關節空間的投影決定著機構在相應空間的工作區間，可據此判斷不同裝配構型的存在性，同時也可以明確可控性與靈活性退化顯著的區域。這些投影雖然提供了機構的可行運動位置的集合，但並未揭示所有可行的無奇異點運動路徑。為進一步解決這一問題，本書提出了規避奇異點路徑規劃的一般方法，並將這些方法拓展到剛性或柔性繩驅並聯機構中具有力旋量約束的情況。
奇異構型在機構設計中起到的關鍵作用在很早以前就已受到關注，但迄今為止，僅存在少量專門針對特殊機構的奇異點集計算及規避方法。本書的顯著特點在於，首次提出了對所有非冗餘機構具有普遍適用性的一般方法，從而有助於促進新型或更加複雜機器人機構的設計。為了以簡潔、優美的形式表達公式及結論，本書主要針對非冗餘機構開展研究，即便如此，提出的方法和技術可經適當延伸，應用於冗餘機器人。總之，本書旨在消除設計創新中存在的障礙，且有助於讀者理解如何以一種有效、可靠的方式對複雜多體系統的運動進行預測、規劃與控制。
本書亮點
（1）為解決奇異點類型描述給人帶來的困惑，且常常分散於不同出版物的問題，本書對所有奇異點類型提供了清晰的定義與詳細的闡釋。
（2）為一般結構非冗餘機構的奇異點集窮舉計算以及避奇異路徑規劃這兩個機器人運動學的開放性問題提供了解決方案。
（3）闡明了如何通過奇異點集的計算得到確定工作空間的一般方法。
（4）在機器人與機構學領域中發展了分支修剪法和高維延拓法的應用。
（5）提出了一種新穎的力旋量約束下六足並聯機構路徑規劃方法。
（6）展示了提出的方法在具有實際意義機器人（包括平面、球面、具有封閉運動鏈的空間操作臂，以及極具挑戰性的繩驅機器人）中的應用效果。