机器人研究在当今和未来都是一个热门话题。随着机器人在工业和生活中的广泛应用，对机器人控制的要求也越来越高。目前，机器人控制正朝着开放化和模块化的方向快速发展。本书以智能协作机器人为研究对象，系统地阐述了基于模型设计的协作机器人研发方法，并详细讲解了协作机器人的硬件结构、控制系统，以及运动学、动力学分析与仿真等。

全书共14章：第1章为概述，主要介绍协作机器人的发展历程以及基于模型设计方法；第2章详细介绍本书所涉及的协作机器人系统的组成及软硬件设计；第3～7章讨论协作机器人的运动学基础；第8章和第9章介绍协作机器人的动力学控制基础；第10～13章介绍协作机器人动力学在不同研究方向，即零力控制、碰撞检测、轨迹跟踪控制、柔顺控制等方面的研究成果；第14章为总结与展望。为了帮助读者更好地理解本书内容，书后还附有软件安装方法及相关基础知识。

本书适合机器人工程、自动化、电子信息工程等相关专业的本科生和研究生阅读，亦可供对机器人技术感兴趣的读者以及相关领域科研人员、工程技术人员参考。

前辅文
第1章 绪论
  1.1 引言
  1.2 协作机器人发展历程
   1.2.1 协作机器人的诞生
   1.2.2 协作机器人的发展现状
   1.2.3 协作机器人的发展趋势
   1.2.4 协作机器人控制系统的研究现状和发展趋势
  1.3 基于模型设计方法的介绍
   1.3.1 基于模型设计方法的开发工具
   1.3.2 基于模型设计方法在各领域的应用
   1.3.3 国外基于模型设计方法在机器人领域的研究
   1.3.4 国内基于模型设计方法在机器人领域的研究
  1.4 本章小结
第2章 协作机器人系统组成及软硬件设计
  2.1 协作机器人的基本组成和技术参数
   2.1.1 协作机器人的基本组成
   2.1.2 协作机器人的技术参数
  2.2 协作机器人总体设计
   2.2.1 系统分析
   2.2.2 技术分析
   2.2.3 仿真分析
  2.3 协作机器人整体结构设计
  2.4 一体化关节模组软硬件设计
   2.4.1 无框力矩电动机选型
   2.4.2 谐波减速器选型
   2.4.3 编码器选型
   2.4.4 伺服驱动器硬件设计
   2.4.5 伺服驱动器软件设计
  2.5 协作机器人软硬件设计
   2.5.1 控制系统硬件设计
   2.5.2 上位机软件设计
  2.6 本章小结
第3章 空间描述和变换
  3.1 刚体的位姿描述
   3.1.1 位置的描述
   3.1.2 方位的描述
   3.1.3 位姿的描述
  3.2 坐标变换
   3.2.1 坐标平移
   3.2.2 坐标旋转
   3.2.3 一般变换
  3.3 齐次坐标和齐次变换
   3.3.1 齐次坐标
   3.3.2 齐次变换
   3.3.3 齐次变换矩阵的计算
  3.4 欧拉角变换和RPY角变换
   3.4.1 欧拉角与欧拉角变换
   3.4.2 RPY角与RPY变换
  3.5 本章小结
第4章 协作机器人正向运动学
  4.1 连杆的描述
  4.2 连杆参数及D-H坐标变换（标准）
   4.2.1 连杆参数
   4.2.2 连杆坐标系的建立
  4.3 连杆参数及D-H坐标变换（改进）
   4.3.1 连杆坐标系建立
   4.3.2 标准D-H参数法与改进D-H参数法的对比
   4.3.3 实例：UR型协作机器人的改进D-H参数建模
  4.4 协作机器人正向运动学基础
  4.5 本章小结
第5章 协作机器人逆向运动学
  5.1 引言
  5.2 解耦技术
  5.3 逆变换技术
  5.4 迭代技术
  5.5 逆向运动学技术比较
   5.5.1 解的存在性和唯一性
   5.5.2 逆向运动学技术
  5.6 实例：六轴协作机器人逆向运动学求解
  5.7 本章小结
第6章 协作机器人运动学仿真与控制
  6.1 引言
  6.2 协作机器人D-H参数验证
  6.3 协作机器人正解代码编写及验证
   6.3.1 机器人工具箱正解代码
   6.3.2 自编机器人正解代码
  6.4 协作机器人逆解代码编写及验证
   6.4.1 机器人工具箱逆解代码
   6.4.2 自编机器人逆解代码
  6.5 协作机器人Simscape正逆解仿真
   6.5.1 协作机器人Simscape建模
   6.5.2 Simscape正逆解仿真
  6.6 协作机器人点到点实时控制案例
   6.6.1 PTP控制流程介绍
   6.6.2 PTP控制的Simulink模型整体框架
   6.6.3 Simulink模型介绍
   6.6.4 PTP控制操作流程
   6.6.5 PTP控制实物演示
  6.7 本章小结
第7章 协作机器人轨迹规划仿真与控制
  7.1 机器人规划的基本概念
   7.1.1 机器人规划的层次划分
   7.1.2 机器人轨迹规划与运动控制的关系
  7.2 协作机器人轨迹规划原理与仿真
   7.2.1 关节空间轨迹规划原理与仿真
   7.2.2 笛卡儿空间轨迹规划原理与仿真
   7.2.3 协作机器人轨迹规划方法的特点分析
  7.3 协作机器人关节空间实时控制
  7.4 协作机器人笛卡儿空间实时控制
  7.5 本章小结
第8章 协作机器人动力学
  8.1 拉格朗日方程
   8.1.1 基础知识
   8.1.2 动能计算
   8.1.3 势能计算
   8.1.4 动力学方程
  8.2 牛顿-欧拉方程
   8.2.1 牛顿方程
   8.2.2 欧拉方程
   8.2.3 动力学方程
  8.3 动力学模型的典型性质
   8.3.1 矩阵H-2C的反对称性
   8.3.2 惯性矩阵的界限
  8.4 简单结构的动力学模型
   8.4.1 平面两轴工业协作机器人
   8.4.2 六自由度工业协作机器人
  8.5 本章小结
第9章 协作机器人参数辨识
  9.1 动力学模型的线性化与最小参数集
   9.1.1 动力学模型的线性化
   9.1.2 动力学模型的最小参数集
  9.2 基于条件数的激励轨迹的优化
   9.2.1 基于有限项傅里叶级数的轨迹模型
   9.2.2 基于条件数的轨迹参数优化
   9.2.3 激励轨迹的参数求解与结果验证
  9.3 协作机器人动力学模型的参数辨识与验证
   9.3.1 滤波算法与实现
   9.3.2 参数辨识与结果分析
  9.4 本章小结
第10章 协作机器人零力控制
  10.1 协作机器人零力控制简介
   10.1.1 协作机器人柔性关节动力学分析
   10.1.2 串联协作机器人动力学模型分析
  10.2 协作机器人零力控制分析
   10.2.1 基于力传感器的零力控制
   10.2.2 无力矩传感器的零力控制
  10.3 协作机器人重力项及摩擦力项参数辨识
   10.3.1 基于最小二乘法的参数辨识模型
   10.3.2 重力及摩擦力参数辨识结果
  10.4 协作机器人零力拖动及示教方案设计
   10.4.1 协作机器人拖动示教控制系统设计
   10.4.2 协作机器人拖动示教分类及原理
   10.4.3 协作机器人拖动轨迹再现方案设计
  10.5 协作机器人零力控制及示教再现实验
   10.5.1 协作机器人零力拖动实验
   10.5.2 协作机器人示教再现实验
  10.6 本章小结
第11章 协作机器人碰撞检测
  11.1 碰撞检测算法研究概述
   11.1.1 无力矩传感器的机器人碰撞检测算法
   11.1.2 基于力矩传感器的机器人碰撞检测算法
   11.1.3 机器人的碰撞检测反应策略
  11.2 碰撞检测实验方案设计
   11.2.1 基于动量观测器的碰撞检测方案
   11.2.2 基于能量观测器的碰撞检测
   11.2.3 基于关节力矩传感器的碰撞检测方案及实验
   11.2.4 基于动量观测器的三自由度协作机器人碰撞检测仿真及实验
   11.2.5 基于动量观测器的六自由度协作机器人碰撞检测实验
  11.3 本章小结
第12章 协作机器人轨迹跟踪控制
  12.1 PD+重力补偿控制算法研究
   12.1.1 PD+重力补偿控制器设计
   12.1.2 稳定性证明
   12.1.3 PD+重力补偿算法仿真
  12.2 自适应控制算法研究
   12.2.1 自适应控制器设计
   12.2.2 稳定性证明
   12.2.3 自适应控制算法仿真
  12.3 模糊最优鲁棒控制算法研究
   12.3.1 模糊最优鲁棒控制器设计
   12.3.2 稳定性证明
   12.3.3 最优增益参数设计
   12.3.4 模糊最优鲁棒控制算法仿真
  12.4 机器人轨迹跟踪控制实验
   12.4.1 二自由度机器人轨迹跟踪实验
   12.4.2 六自由度机器人轨迹跟踪实验
  12.5 本章小结
第13章 协作机器人柔顺控制
  13.1 协作机器人柔顺控制简介
   13.1.1 阻抗控制
   13.1.2 导纳控制
   13.1.3 力/位混合控制
  13.2 关节模组柔顺控制分析
   13.2.1 关节模组的阻抗控制
   13.2.2 关节模组的导纳控制
  13.3 关节模组导纳控制实验
   13.3.1 导纳控制实验模型
   13.3.2 导纳控制实验结果分析
  13.4 六轴机械臂柔顺控制分析
   13.4.1 六轴机械臂的阻抗控制
   13.4.2 六轴机械臂的导纳控制
  13.5 六轴机械臂导纳控制实验
   13.5.1 六轴机械臂导纳控制实验操作
   13.5.2 六轴机械臂导纳控制实验结果分析
  13.6 本章小结
第14章 总结与展望
参考文献
附录A 相关软件安装说明
  A.1 MATLAB R2020a安装过程
  A.2 Code Composer Studio软件安装
  A.3 controlSUITE3.4.5软件安装
  A.4 C2000 Simulink开发工具箱安装
  A.5 MinGW-w64 C/C++软件安装
附录B 三角函数
  B.1 双参数反正切函数
  B.2 常用的三角函数公式
  B.3 逆向运动学公式
附录C 线性代数基础
  C.1 向量
  C.2 向量的微分
  C.3 线性无关
  C.4 矩阵
  C.5 坐标变换
  C.6 特征值和特征向量
  C.7 奇异值分解
附录D 李雅普诺夫稳定性
  D.1 二次型和李雅普诺夫函数
  D.2 李雅普诺夫稳定性
  D.3 全局及指数稳定性
  D.4 线性系统的李雅普诺夫稳定性
  D.5 LaSalle定理
附录E 模糊法简介
  E.1 模糊数学介绍
  E.2 差分不等式分析
  E.3 约束优化的最优解
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