機(jī)器人仿真與編程技術(shù)

第一篇基于MATLAB工具箱的機(jī)器人仿真
第1章機(jī)器人學(xué)與MATLAB機(jī)器人工具箱
1．1MATLAB機(jī)器人工具箱的下載與安裝
1．2機(jī)器人學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)
1．2．1三維空間中的位置與姿態(tài)
1．2．2坐標(biāo)變換
1．2．3姿態(tài)的其他表示方法
1．2．4具體例子的應(yīng)用
1．3機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)
1．3．1機(jī)械臂及運(yùn)動(dòng)學(xué)
1．3．2DH參數(shù)法
1．3．3機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)
1．3．4機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)
1．3．5機(jī)器人的瞬態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)
1．3．6具體例子的應(yīng)用
1．3．7機(jī)器人工具箱的Link類
1．3．8機(jī)器人工具箱的SerialLink類1
1．4機(jī)器人動(dòng)力學(xué)
1．4．1機(jī)器人動(dòng)力學(xué)概述
1．4．2機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程的建立方法
1．4．3狀態(tài)空間方程
1．4．4正向動(dòng)力學(xué)
1．4．5機(jī)器人工具箱的SerialLink類2
1．5機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡
1．5．1運(yùn)動(dòng)軌跡問(wèn)題
1．5．2關(guān)節(jié)空間的規(guī)劃方法
1．6機(jī)械臂關(guān)節(jié)控制
1．6．1機(jī)器人控制系統(tǒng)的構(gòu)成
1．6．2Simulink機(jī)器人模塊
1．6．3機(jī)器人的單關(guān)節(jié)控制
1．6．4機(jī)器人的多關(guān)節(jié)控制
1．7其他基于MATLAB的機(jī)器人工具箱
1．7．1Kuka控制工具箱(KCT)的介紹與測(cè)試
1．7．2其他機(jī)器人工具箱
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第2章MATLAB機(jī)器人工具箱的應(yīng)用
2．1基于學(xué)習(xí)算法的機(jī)器人觸覺識(shí)別算法研究
2．1．1引言
2．1．2背景
2．1．3算法設(shè)計(jì)
2．1．4實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
2．1．5實(shí)驗(yàn)與結(jié)果
2．2基于波動(dòng)變量和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)
2．2．1引言
2．2．2遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
2．2．3基于波動(dòng)變量的神經(jīng)控制設(shè)計(jì)
2．2．4實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
2．2．5仿真實(shí)驗(yàn)
2．3開發(fā)混合運(yùn)動(dòng)捕捉方法使用MYO手環(huán)應(yīng)用于遠(yuǎn)程操作
2．3．1引言
2．3．2設(shè)計(jì)方法
2．3．3仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．3．4仿真實(shí)驗(yàn)
2．4基于自適應(yīng)參數(shù)識(shí)別的GeomagicTouchX觸覺裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)建模
2．4．1引言
2．4．2建模步驟
2．4．3仿真設(shè)計(jì)
2．4．4實(shí)驗(yàn)和仿真
2．4．5可視化運(yùn)動(dòng)學(xué)模型與工作空間識(shí)別
2．5復(fù)雜擾動(dòng)環(huán)境中的新型機(jī)械臂混合自適應(yīng)控制器
2．5．1引言
2．5．2控制問(wèn)題
2．5．3自適應(yīng)控制
2．5．4仿真
2．5．5實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
2．5．6實(shí)驗(yàn)與結(jié)果
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第二篇機(jī)器人仿真軟件的基礎(chǔ)與應(yīng)用
第3章VREP在機(jī)器人仿真中的應(yīng)用
3.1VREP簡(jiǎn)介及安裝
3.1.1VREP的簡(jiǎn)介
3.1.2VREP的特性
3.1.3VREP的安裝
3.2VREP的用戶界面及位姿操作
3.2.1控制臺(tái)窗口
3.2.2對(duì)話框
3.2.3應(yīng)用程序窗口
3.2.4自定義用戶界面
3.2.5頁(yè)面與視圖
3.2.6對(duì)象/項(xiàng)目位置和方向操作
3.3VREP的場(chǎng)景與模型
3.3.1場(chǎng)景與模型的關(guān)系
3.3.2VREP的場(chǎng)景
3.3.3VREP的模型
3.3.4VREP的環(huán)境
3.4實(shí)體
3.4.1VREP的場(chǎng)景對(duì)象
3.4.2場(chǎng)景對(duì)象的性質(zhì)
3.4.3常用的場(chǎng)景對(duì)象——形狀
3.4.4常用的場(chǎng)景對(duì)象——關(guān)節(jié)
3.4.5VREP的集合
3.5VREP的六種計(jì)算模塊
3.5.1碰撞檢測(cè)模塊
3.5.2最小距離計(jì)算模塊
3.5.3逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊
3.5.4幾何約束求解模塊
3.5.5動(dòng)力學(xué)模塊
3.5.6路徑規(guī)劃模塊
3.6VREP中控制機(jī)器人仿真的方法
3.6.1嵌入式子腳本
3.6.2插件
3.6.3附加組件
3.6.4遠(yuǎn)程客戶端應(yīng)用程序接口
3.6.5通過(guò)ROS的節(jié)點(diǎn)
3.6.6自定義解決方案
3.7VREP的API框架
3.7.1常規(guī)API
3.7.2遠(yuǎn)程API
3.7.3ROS接口
3.7.4輔助API
3.7.5其他接口
3.8仿真模型的搭建
3.8.1從模型瀏覽器中加載現(xiàn)有模型
3.8.2從菜單欄中添加場(chǎng)景對(duì)象
3.8.3從Import命令中導(dǎo)入/導(dǎo)出其他軟件的CAD模型
3.9機(jī)器人的仿真
3.9.1物理引擎的選擇
3.9.2仿真參數(shù)的設(shè)置
3.9.3仿真的控制
3.10VREP的具體例子
3.10.1機(jī)械臂模型的構(gòu)建
3.10.2逆運(yùn)動(dòng)學(xué)建模
3.10.3VREP與MATLAB連接的例子
3.11VREP在人機(jī)交互中的應(yīng)用(一)
3.11.1觸覺學(xué)與TouchX
3.11.2TouchX的相關(guān)軟件在人機(jī)交互中的作用
3.11.3CHAI3D在人機(jī)交互中的作用
3.11.4VREP模塊
3.11.5TouchX控制VREP中KUKA機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)
3.12VREP在人機(jī)交互中的應(yīng)用(二)
3.12.1體感技術(shù)與Kinect
3.12.2交互相關(guān)軟件的作用
3.12.3交互相關(guān)軟件的安裝與測(cè)試
3.12.4OpenNI/NITE中的人體骨架分析
3.12.5VREP與Kinect接口的安裝與測(cè)試
3.12.6Kinect與VREP交互的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第4章Gazebo在機(jī)器人仿真中的應(yīng)用
4.1Gazebo的介紹與安裝
4.1.1Gazebo的初步介紹
4.1.2Gazebo的安裝
4.1.3Gazebo與VREP的比較
4.2Gazebo的結(jié)構(gòu)
4.2.1Gazebo的運(yùn)行方法
4.2.2Gazebo的組成部分
4.2.3Gazebo的結(jié)構(gòu)
4.3創(chuàng)建機(jī)器人
4.3.1模型結(jié)構(gòu)和要求
4.3.2模型的上傳
4.3.3制作一個(gè)模型
4.3.4制作移動(dòng)機(jī)器人模型
4.3.5導(dǎo)入網(wǎng)格
4.3.6附加網(wǎng)格物體
4.3.7給機(jī)器人添加傳感器
4.3.8做一個(gè)簡(jiǎn)單的夾持器
4.3.9在機(jī)器人上構(gòu)建夾持器
4.3.10嵌套模型
4.3.11模型編輯器
4.3.12盒子的動(dòng)畫
4.3.13三角網(wǎng)格的慣性參數(shù)
4.3.14圖層可見性
4.4Gazebo中的模型編輯器
4.4.1模型編輯器
4.4.2SVG文件
4.5場(chǎng)景文件的創(chuàng)建
4.5.1創(chuàng)建一個(gè)場(chǎng)景
4.5.2修改場(chǎng)景
4.5.3如何在Gazebo中使用DEM
4.5.4模型群
4.5.5建筑編輯器
4.6插件的編寫
4.6.1一個(gè)簡(jiǎn)單的插件：HelloWorldPlugin！
4.6.2插件的使用
4.6.3模型插件
4.6.4世界插件
4.6.5程序化場(chǎng)景控制
4.6.6系統(tǒng)插件
4.7傳感器
4.7.1傳感器噪聲模型
4.7.2接觸式傳感器
4.7.3攝像頭失真
4.8Gazebo的其他功能
4.8.1數(shù)學(xué)庫(kù)的使用
4.8.2用戶輸入
4.8.3連接到Player
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第5章OpenRAVE在機(jī)器人仿真中的應(yīng)用
5.1OpenRAVE簡(jiǎn)介
5.1.1OpenRAVE的應(yīng)用
5.1.2OpenRAVE的特性
5.1.3OpenRAVE的下載與安裝
5.2OpenRAVE概觀
5.2.1OpenRAVE基本架構(gòu)
5.2.2關(guān)于OpenRAVE中的一些說(shuō)明
5.2.3OpenRAVE公約與準(zhǔn)則
5.2.4OpenRAVE中機(jī)器人概述
5.2.5插件與接口說(shuō)明
5.2.6網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和腳本
5.3OpenRAVE的基礎(chǔ)
5.3.1開始使用OpenRAVE
5.3.2OpenRAVE的命令行工具
5.3.3寫OpenRAVE文檔
5.3.4環(huán)境變量
5.4OpenRAVE運(yùn)用與展望
5.4.1OpenRAVE的運(yùn)用項(xiàng)目舉例
5.4.2OpenRAVE的展望
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第三篇機(jī)器人操作系統(tǒng)基礎(chǔ)與應(yīng)用
第6章機(jī)器人操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)
6.1ROS的安裝與測(cè)試
6.1.1虛擬機(jī)與Ubuntu的安裝
6.1.2ROS的安裝
6.1.3turtlesim例子的測(cè)試
6.2ROS的基本概念與命令
6.2.1程序包(packages)
6.2.2節(jié)點(diǎn)(Nodes)和節(jié)點(diǎn)管理器(Master)
6.2.3消息(Messages)和主題(Topics)
6.2.4其他ROS的相關(guān)概念
6.2.5ROS的一些常用工具
6.3ROS的程序包的創(chuàng)建與編譯
6.3.1創(chuàng)建工作區(qū)和功能包
6.3.2ROS程序的編譯過(guò)程
6.4ROS與MATLAB集成
6.4.1RST的ROS功能介紹
6.4.2MATLAB與ROS通信的介紹
6.5ROS與VREP之間的集成
6.5.1VREP中的ROS程序包
6.5.2在ROS中安裝VREP
6.5.3在ROS中創(chuàng)建相關(guān)的VREP程序包
6.5.4使用ROS節(jié)點(diǎn)控制VREP模型的例子
6.5.5VREPROSBridge的簡(jiǎn)介及安裝
6.6ROS與Gazebo
6.6.1ROS集成概述
6.6.2安裝Gazebo_ros_pkgs
6.6.3ROS/Gazebo版本組合的選擇
6.6.4使用roslaunch
6.6.5ROS通信
6.6.6Gazebo中的URDF
6.7實(shí)時(shí)系統(tǒng)ROS2.0的介紹
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第7章機(jī)器人操作系統(tǒng)的應(yīng)用
7.1Baxter機(jī)器人與ROS
7.1.1Baxter機(jī)器人
7.1.2Baxter機(jī)器人的控制系統(tǒng)總體框架
7.1.3相關(guān)的ROS代碼
7.2基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)搖操作機(jī)器人進(jìn)行高性能控制
7.2.1控制系統(tǒng)的架構(gòu)
7.2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
7.2.3實(shí)驗(yàn)及結(jié)果
7.3規(guī)定全局穩(wěn)定性和運(yùn)動(dòng)精度的雙臂機(jī)器人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制
7.3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
7.3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果
7.4基于人體運(yùn)動(dòng)捕獲對(duì)Baxter機(jī)器人的遠(yuǎn)程操作控制
7.4.1遠(yuǎn)程操作控制系統(tǒng)
7.4.2實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
7.4.3實(shí)驗(yàn)及結(jié)果
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)