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第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2研究现状与发展趋势 2

1.2.1拟人双臂机器人协调技术的国内外研究现状 2

1.2.2遥操作机器人发展概述 14

1.3研究基础、主要成果与涉及的关键技术 18

1.4本章小结 19

参考文献 19

第2章 拟人双臂机器人系统平台方案设计 21

2.1拟人冗余度双臂空间机器人系统的特点 22

2.2拟人冗余度双臂空间机器人实验平台简介 22

2.2.1平台设计思想 22

2.2.2系统设备组成及简介 23

2.3拟人冗余度双臂空间机器人特性分析 28

2.3.1 PA10机器人的特性分析 28

2.3.2 Module模块机器人的特性分析 33

2.4本章小节 38

参考文献 38

附录 38

第3章 冗余度空间机器人系统在复杂环境下的灵活性和可靠性的理论研究 41

3.1引言 41

3.2机器人系统运动学建模与分析 41

3.2.1 PA10机器人系统运动学建模与分析 41

3.2.2模块机器人系统运动学建模与分析 48

3.3机器人系统运动学优化 54

3.3.1机器人系统运动学优化的传统方法 54

3.3.2基于容错控制的冗余度机器人运动学优化 60

3.4笛卡儿空间运动控制 66

3.4.1直线姿态位置插补 66

3.4.2圆弧轨迹插补 71

3.5机器人系统运动学计算机仿真 73

3.5.1传统方法的机器人系统运动学计算机仿真 73

3.5.2基于容错控制的冗余度机器人运动学优化方法计算机仿真 79

3.6实验 83

3.6.1模块机器人插孔实验 83

3.6.2 PA10机器人抓杯实验 85

3.7本章小结 86

参考文献 87

第4章 冗余度空间机器人双臂协调操作运动规划方法 89

4.1双臂机器人协调操作任务的特点及分类 89

4.1.1双臂机器人协调操作任务的特点 89

4.1.2双臂机器人协调操作任务的分类 90

4.2国内外研究现状 91

4.3双臂机器人协调操作的约束关系 93

4.4双臂机器人协调操作的运动学方程 93

4.4.1开链运动学方程 94

4.4.2闭链运动学方程 96

4.5冗余度双臂机器人避关节极限优化 100

4.5.1 PA10机器人运动学优化 101

4.5.2 Module机器人运动学优化 101

4.6冗余度机器人双臂协调避碰规划 102

4.6.1单机器人避障规划概述 102

4.6.2冗余度机器人双臂协调避碰规划 104

4.7冗余度机器人双臂协调操作的灵活性 108

4.7.1面向任务的操作度 108

4.7.2双臂协调的操作度 112

4.7.3面向任务的双臂协调操作度（TODAMM） 114

4.8本章小结 115

参考文献 115

第5章 冗余度双臂空间机器人协调任务规划方法 117

5.1任务分解 117

5.1.1操作规划和动作规划 118

5.1.2隐式基本操作 119

5.1.3显式基本操作 122

5.1.4任务规划、路径规划及轨迹规划的关系 123

5.2任务分配 124

5.2.1机器人及任务的能力分类描述 125

5.2.2任务完成条件 126

5.3系统规划流程 126

5.4程序编制 128

5.5本章小结 129

参考文献 129

第6章 基于视觉的机器人位姿检测方法 131

6.1机器人视觉概述 131

6.2视觉检测系统构造 133

6.2.1全局检测单元 134

6.2.2局部检测单元 134

6.2.3系统的特点 135

6.3视觉系统标定 136

6.3.1摄像机标定 136

6.3.2手-眼系统标定 141

6.3.3摄像机-超声传感器的标定 144

6.4物体空间位姿检测 145

6.4.1目标物体识别 146

6.4.2物体空间位姿检测方法 149

6.5实验 153

6.5.1系统标定 153

6.5.2手-眼标定 155

6.5.3物体位姿检测 156

6.6本章小结 157

参考文献 158

第7章 基于多传感器信息分阶段控制方法 159

7.1系统主要传感器及其性能 160

7.1.1视觉传感器 160

7.1.2超声传感器 161

7.1.3六维腕力传感器 162

7.1.4指端力传感器 162

7.2人体感觉与运动控制系统 164

7.2.1人体感觉与运动控制系统的结构 164

7.2.2人体感觉与运动控制系统的模拟 167

7.3基于多传感器信息的分阶段控制方法 168

7.3.1多传感器信息的分类 168

7.3.2分阶段控制系统结构及控制模型 169

7.3.3基于模型知识库的物体识别方法 173

7.3.4分阶段控制过程的实现 175

7.4本章小结 178

参考文献 178

第8章 冗余度双臂空间机器人的协调控制 179

8.1双臂空间机器人的分层递阶控制结构 179

8.1.1机器人规划系统概述 179

8.1.2双臂空间机器人的分层递阶控制结构 181

8.2双臂空间机器人的协调控制方法 184

8.2.1主要协调控制方法分类 184

8.2.2基于主从式双臂的力／位混合控制方法 188

8.3本章小结 204

参考文献 204

附录 206

第9章离线编程及虚拟仿真环境 217

9.1机器人仿真技术概述 217

9.2 OG-DARSS仿真系统介绍 218

9.2.1任意构形串联机器人运动学建模 218

9.2.2机器人三维仿真模型的建立 219

9.2.3 OG-DARSS的模块介绍 221

9.3实时控制环境 227

9.3.1 PA10机器人的实时控制环境 228

9.3.2模块机器人的实时控制环境 228

9.4本章小结 229

参考文献 229

第10章 拟人双臂机器人系统遥操作研究 230

10.1单机-单操作者-多人机交互设备-多机器人遥操作体系 230

10.1.1单机-单操作者-多人机交互设备-多机器人遥操作系统体系结构 230

10.1.2基于虚拟现实的人机交互技术 230

10.1.3基于Internet遥操作网络通信软件设计 240

10.1.4多机器人遥操作控制策略的研究 251

10.1.5遥操作实验研究 265

10.1.6本节小结 273

10.2多操作者-多机器人遥操作体系 273

10.2.1多操作者多机器人遥操作系统体系结构 273

10.2.2分布式预测图形仿真子系统 278

10.2.3 MOMR系统的协调控制技术 289

10.2.4多机器人遥操作技术 292

参考文献 296

第11章 典型操作任务仿真及实验研究 299

11.1模拟实验的条件及目的 299

11.1.1模拟实验的条件 299

11.1.2模拟实验的目的 300

11.2实验平台通信结构及协调控制过程 300

11.3空间舱内典型双臂协调操作任务模拟实验 302

11.3.1双臂协调插孔 302

11.3.2双臂协调拧螺母 307

11.3.3双臂协调搬运箱体 313

11.4本章小结 317

参考文献 317

附录 317