| 摘要 | 第4-6页 |
| Abstract | 第6-7页 |
| 第1章 绪论 | 第14-32页 |
| 1.1 引言 | 第14-15页 |
| 1.2 轻型机械臂发展综述 | 第15-20页 |
| 1.2.1 德国宇航中心的轻型机械臂 | 第15-16页 |
| 1.2.2 美国 NASA 机器人手臂 | 第16-17页 |
| 1.2.3 日本机器人手臂 | 第17-18页 |
| 1.2.4 MIT 机器人手臂 | 第18-19页 |
| 1.2.5 国外其他轻型机械臂 | 第19页 |
| 1.2.6 国内轻型机械臂 | 第19-20页 |
| 1.3 轻型机械臂控制方法综述 | 第20-27页 |
| 1.3.1 柔性关节模型及参数辨识 | 第21-22页 |
| 1.3.2 柔性关节控制方法 | 第22-25页 |
| 1.3.3 机器人关节控制器 | 第25-27页 |
| 1.4 轻型机械臂的人机安全性综述 | 第27-29页 |
| 1.4.1 碰撞检测方法 | 第27-28页 |
| 1.4.2 机械臂碰撞反应策略 | 第28-29页 |
| 1.5 课题来源及本文主要研究内容 | 第29-32页 |
| 1.5.1 课题背景及研究的目的和意义 | 第29页 |
| 1.5.2 轻型机械臂存在的问题 | 第29-30页 |
| 1.5.3 主要研究内容 | 第30页 |
| 1.5.4 本文结构 | 第30-32页 |
| 第2章 轻型机械臂系统设计 | 第32-48页 |
| 2.1 引言 | 第32页 |
| 2.2 轻型机械臂系统总体设计 | 第32-34页 |
| 2.2.1 轻型机械臂本体构型设计 | 第32-33页 |
| 2.2.2 轻型机械臂控制系统结构设计 | 第33-34页 |
| 2.3 轻型机械臂关节设计 | 第34-37页 |
| 2.3.1 肩部和肘部关节设计 | 第34-36页 |
| 2.3.2 腕部关节设计 | 第36-37页 |
| 2.4 传感器设计 | 第37-42页 |
| 2.4.1 位置传感器 | 第37-40页 |
| 2.4.2 力矩传感器 | 第40-41页 |
| 2.4.3 电流传感器 | 第41-42页 |
| 2.5 轻型机械臂电气系统设计 | 第42-46页 |
| 2.5.1 电源模块设计 | 第43页 |
| 2.5.2 关节控制器硬件设计 | 第43-45页 |
| 2.5.3 轻型机械臂机械臂电气布局和外观设计 | 第45-46页 |
| 2.6 本章小结 | 第46-48页 |
| 第3章 模块化关节控制器设计及参数辨识 | 第48-75页 |
| 3.1 引言 | 第48页 |
| 3.2 柔性关节控制律 | 第48-50页 |
| 3.3 基于 FPGA 的柔性关节控制器设计 | 第50-51页 |
| 3.4 电机矢量控制的硬件语言编程实现 | 第51-62页 |
| 3.4.1 电机矢量控制原理 | 第52-53页 |
| 3.4.2 电机矢量控制 IP 核设计 | 第53-61页 |
| 3.4.3 电机矢量控制实验验证 | 第61-62页 |
| 3.5 关节参数辨识 | 第62-74页 |
| 3.5.1 摩擦力辨识 | 第63-68页 |
| 3.5.2 关节刚度辨识 | 第68-74页 |
| 3.6 本章小结 | 第74-75页 |
| 第4章 基于无源性理论的轻型机械臂柔顺控制研究 | 第75-107页 |
| 4.1 引言 | 第75页 |
| 4.2 传统基于无源性理论的轻型机械臂控制 | 第75-81页 |
| 4.2.1 轻型机械臂建模 | 第76-77页 |
| 4.2.2 柔性关节控制器设计 | 第77-79页 |
| 4.2.3 无源性理论分析 | 第79-80页 |
| 4.2.4 无源性控制器的讨论 | 第80-81页 |
| 4.3 基于连接和阻尼配置的无源性方法的轻型机械臂控制 | 第81-95页 |
| 4.3.1 Hamiltonian 系统相关理论 | 第81-84页 |
| 4.3.2 基于 IDA PBC 方法的柔性关节机械臂控制器设计 | 第84-92页 |
| 4.3.3 两种无源性方法得到的控制器比较 | 第92-95页 |
| 4.4 具有动态摩擦补偿的轻型机械臂控制 | 第95-100页 |
| 4.4.1 具有动态摩擦补偿的 IDA PBC 柔性关节控制器设计 | 第95-98页 |
| 4.4.2 稳定性证明及分析 | 第98-100页 |
| 4.5 仿真验证 | 第100-105页 |
| 4.5.1 柔性关节位置控制仿真 | 第102-103页 |
| 4.5.2 柔性关节阻抗控制仿真实验 | 第103-105页 |
| 4.6 本章小结 | 第105-107页 |
| 第5章 轻型机械臂柔顺控制的实验研究 | 第107-126页 |
| 5.1 引言 | 第107-108页 |
| 5.2 关节空间控制验证实验 | 第108-114页 |
| 5.2.1 无源性控制方法的性能比较 | 第108-110页 |
| 5.2.2 加入动态摩擦补偿的性能比较实验 | 第110-114页 |
| 5.3 轻型机械臂的静态接触实验 | 第114-121页 |
| 5.3.1 阻抗控制实验 | 第114-118页 |
| 5.3.2 定向零力控制实验 | 第118-120页 |
| 5.3.3 零力控制实验 | 第120-121页 |
| 5.4 轻型机械臂与未知环境动态接触实验 | 第121-125页 |
| 5.4.1 笛卡尔空间位置跟踪实验 | 第121-123页 |
| 5.4.2 动态碰撞实验 | 第123-125页 |
| 5.5 本章小结 | 第125-126页 |
| 结论 | 第126-128页 |
| 参考文献 | 第128-140页 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 | 第140-143页 |
| 致谢 | 第143-144页 |
| 个人简历 | 第144页 |
