第1章 基于模型的集成开发 1
1.1 什么是集成开发 2
1.2 机器人开发的流程 2
1.3 CAD 3
1.4 CAE 4
1.4.1 结构分析 4
1.4.2 机构分析 4
1.5 Simulink 5
1.5.1 MBD 5
1.5.2 Simulink简介 5
1.5.3 与MSC.visualNastran 4D的协同 5
1.5.4 实时工作间嵌入式代码 5
第2章 三维CAD系统 7
2.1 三维CAD简介 8
2.2 Inventor的使用 9
2.3 机器人部件设计 9
2.3.1 绘图 9
2.3.2 钣金件的绘制 13
2.3.3 伺服电机支架的建模 17
2.4 机器人的机构与装配 23
2.4.1 使用通用零件 23
2.4.2 使用标准件 24
2.4.3 三维空间中的装配 25
2.4.4 装配模型的动作检查 27
第3章 MSC.visualNastran 4D 33
3.1 MSC.visualNastran 4D简介 34
3.2 CAD形状的取出——与Inventor的协同 35
3.3 机构分析 36
3.4 建立机构分析模型 37
3.5 仿真设置 40
3.6 进行机构分析 40
3.7 结果的计测器测量功能 41
3.8 简单机构分析实例 41
3.9 结构分析 46
3.10 结构分析的设置 47
3.11 简单结构分析实例 49
3.12 4D分析 53
3.13 简单4D分析实例 54
第4章 基于MATLAB/Simulink的控制模块 59
4.1 MATLAB/Simulink简介 60
4.1.1 MATLAB产品家族的组成 65
4.1.2 MATLAB的使用 66
4.1.3 使用Simulink 71
4.1.4 Stateflow的使用 73
4.2 控制器的设计 79
4.2.1 控制对象 79
4.2.2 最优调节器设计 83
4.2.3 卡尔曼滤波器的设计 84
4.2.4 LQG调节器的组成 86
4.3 仿真 87
4.3.1 LQG调节器的仿真 87
4.3.2 摆动控制仿真 87
4.4 参数调整 89
4.4.1 控制对象 90
4.4.2 利用最优化功能中的PID控制器参数调整 90
4.5 代码自动生成功能 92
4.5.1 基于Real-Time Workshop的代码自动生成功能 92
4.5.2 PID控制器的参数调整 93
第5章 集成应用 95
5.1 ROBO-ONE on PC的软件集成 96
5.2 电机模型的仿真 96
5.2.1 电机模型 96
5.2.2 基于Simulink的电机建模方法 98
5.2.3 基于MSC.visualNastran 4D的仿真 100
5.2.4 MSC.visualNastran 4D环境下电机的仿真 101
5.2.5 Simulink与MSC.visualNastran 4D的协同 107
5.3 电机模型的反馈定位控制 109
5.3.1 仿真的目标 109
5.3.2 PD控制器配置与反馈闭环建立 110
5.3.3 干扰负载作用下的输出角位移 112
5.4 基于旋转角度电机的简单定位控制 113
5.4.1 简单的定位控制方法 113
5.4.2 模型的生成 113
5.4.3 MSC.visualNastran 4D下的反馈定位控制 115
5.5 基于简易人形模型的仿真 116
5.5.1 基于旋转角度电机的人形简易模型 116
5.5.2 控制器的组成 121
5.5.3 基于姿态数据的关节角度的计算 122
5.5.4 计算姿态数据 124
5.5.5 任务管理 129
5.5.6 控制器的表述 130
5.5.7 仿真结果 132
5.6 重力加速度的检测和控制 133
5.6.1 目的 133
5.6.2 传感器的建模方法 134
5.6.3 仿真结果 136
5.7 倒立摆的控制 136
5.7.1 高柔性控制 136
5.7.2 倒立摆的状态空间模型 137
5.7.3 MSC.visualNastran 4D中控制对象模型的表达 139
5.7.4 在Simulink中构建控制系统 141
5.7.5 反馈增益的设置 142
5.7.6 仿真结果 145
5.8 仿真与实际的区别 146
5.9 基于PC串口的伺服电机实时控制 146
5.9.1 Simulink的实时动作 146
5.9.2 与机器人伺服电机的通信 151
5.9.3 机器人步行 156
5.9.4 在Dynamixel中的使用 160
5.9.5 Real-Time Workshop的使用 166
5.10 使用xPC Target的机器人开发 166
5.10.1 xPC Target的开发环境 166
5.10.2 Target PC的安装 168
5.10.3 在主PC中生成Simulink模型 169
5.10.4 Target PC中模型的动作 171
参考文献 173
第6章 应用案例 175
6.1 ROBO-ONE on PC 176
6.1.1 ROBO-ONE 176
6.1.2 ROBO-ONE on PC的内容 176
6.1.3 参赛机器人 177
6.1.4 仿真概述 179
6.1.5 实现仿真之梦 180
6.2 U-knight 181
6.2.1 U-knight简介 181
6.2.2 外观 182
6.2.3 设计 184
6.2.4 基于Inventor的设计 185
6.2.5 创建制作图纸 191
6.2.6 制作 191
6.2.7 三维CAD的优点 192
6.3 刚王丸 192
6.3.1 目标 192
6.3.2 刚王丸模型 193
6.3.3 刚王丸的控制 194
6.3.4 刚王丸存在的问题 198
6.3.5 刚王丸的改进 200
6.4 FZ-2 201
6.4.1 模型的准备 201
6.4.2 MSC.visualNastran 4D的设置 201
6.4.3 程序框架 202
6.4.4 编程步骤 203
6.4.5 仿真结果与反思 206
6.5 开拓者4号 207
6.5.1 仿真环境 207
6.5.2 开拓者4号的配置 207
6.5.3 机器人的设计 208
6.5.4 机器人的机械模型 208
6.5.5 机器人的控制程序 209
6.5.6 实施仿真 211
6.5.7 今后的目标 214
6.6 bode 215
6.6.1 在ROBO-ONE on PC出场 215
6.6.2 Mission2的结果概述 215
6.6.3 Mission2技巧——向前跳的方法 215
6.6.4 Mission2技巧——缓缓着地的方法 220
6.6.5 伺服电机模型是成功的关键 222