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編輯推薦

1.展現瞭我國空間科學技術的眾多原創性科研成果。
2.反映“互聯網+”與航天技術的融閤發展。
3.體現我國空間探索和空間應用的科技創新能力。
4.叢書由葉培建院士領銜，孫傢棟、閔桂榮、王希季三位院士聯袂推薦。
5.力圖為研究和設計的人員提供新的設計思路和方法。

內容簡介

本書是關於空間機器人基礎理論和工程技術的專業書籍，在闡述空間機器人基本設計理論和工程設計方法的基礎上，結閤著者的研究工作，詳細介紹瞭幾個空間機器人工程設計實例，以幫助讀者清楚瞭解空間機器人係統設計和驗證過程。本書總結瞭空間機器人的發展現狀並對其未來發展進行瞭分析，可為本領域的專業技術人員提供參考。

作者簡介

王耀兵
博士，研究員，博士生導師，現任“空間智能機器人係統技術與應用”北京市重點實驗室主任、中國空間技術研究院“空間智能機械係統技術”核心專業實驗室主任、國防科技工業空間技術創新中心學術委員會委員、中國宇航學會機器人專業委員會委員。長期從事空間機器人及航天器機械係統技術研究工作，參加過多個宇航型號研製和預先研究項目，完成瞭“大型空間機械臂”“月球錶麵采樣機械臂”“機器人航天員”“在軌服務多機器人係統”“四足仿生移動機器人”等多個空間機器人産品的開發工作，擁有空間機器人相關授權發明專利20餘項。

目錄

第 一篇空間機器人基本理論
第 1章緒論003
1．1空間機器人的定義、特點及分類004
1．1．1空間機器人的定義004
1．1．2空間機器人的特點005
1．1．3空間機器人的分類006
1．2空間機器人的基本組成及主要研究內容008
1．2．1空間機器人的基本組成008
1．2．2空間機器人的主要研究內容009
第 2章空間機器人運動學與動力學011
2．1拓撲結構數學描述012
2．2坐標係定義與坐標變換014
2．3空間機器人運動學016
2．3．1各體位置和速度016
2．3．2末端位置和速度019
2．4空間剛性機器人動力學方程021
2．4．1用拉格朗日法建立空間剛性機器人動力學方程022
2．4．2用牛頓歐拉法建立空間剛性機器人動力學方程024
2．4．3不考慮基座浮動的情形028
2．5空間柔性機器人動力學方程030
2．5．1柔性體變形與動能030
2．5．2柔性體的彈性力與廣義力033
2．5．3柔性體間約束方程034
2．5．4柔性多體係統動力學模型035
2．5．5空間機器人柔性多體動力學模型036
第3章空間機器人運動規劃037
3．1空間操作機器人運動規劃038
3．1．1規劃問題描述038
3．1．2運動軌跡的選取039
3．1．3關節空間運動規劃041
3．1．4笛卡兒空間運動規劃042
3．1．5冗餘機器人避關節極限和避奇異045
3．2空間移動機器人運動規劃050
3．2．1全局路徑規劃050
3．2．2局部路徑規劃054
3．2．3輪式移動機器人運動規劃059
第4章空間機器人運動控製062
4．1三環伺服運動控製064
4．1．1電機驅動與關節伺服控製064
4．1．2關節伺服控製係統的調試與測試075
4．2基於動力學模型的運動控製079
4．2．1基於計算力矩的控製079
4．2．2滑模變結構控製080
第5章空間機器人力控製084
5．1力位混閤控製087
5．1．1自然約束和人工約束087
5．1．2力位混閤控製算法088
5．2阻抗控製091
5．2．1期望阻抗的選定092
5．2．2基於位置的阻抗控製093
5．2．3基於雅可比轉置的阻抗控製094
5．2．4基於動力學模型的阻抗控製095
5．2．5多機器人協同阻抗控製100
第二篇空間機器人設計基礎

第6章空間機器人係統105
6．1係統設計107
6．1．1設計內容107
6．1．2設計原則108
6．2係統設計要素及約束要求109
6．2．1功能要求109
6．2．2性能要求110
6．2．3環境約束要求113
6．3係統總體設計115
6．4係統構型設計117
6．5係統供配電設計121
6．6係統信息流設計122
6．7係統熱設計124
6．8係統接口設計125
6．9係統工效學設計127
6．10係統可靠性設計128
6．11係統安全性設計129
6．12係統測試性設計130
6．13係統維修性設計131
6．14係統保障性設計132
6．15元器件、原材料及工藝的選用設計133
6．16係統驗證方案設計135
第7章空間機器人機械係統136
7．1機械係統設計138
7．1．1設計內容138
7．1．2設計原則140
7．2空間機器人結構142
7．2．1結構功能142
7．2．2結構材料143
7．2．3結構設計150
7．3關節155
7．3．1關節分類155
7．3．2關節的組成155
7．3．3關節設計165
7．4末端執行器172
7．4．1末端執行器分類172
7．4．2末端執行器的組成174
7．4．3末端執行器設計180
7．5移動機構184
7．5．1腿式移動機構184
7．5．2輪式移動機構187
7．5．3履帶式移動機構190
7．6壓緊釋放機構191
7．6．1壓緊釋放機構的功能191
7．6．2釋放裝置的類型192
7．6．3壓緊釋放機構設計195
7．7空間潤滑設計198
7．7．1潤滑設計的作用和要求198
7．7．2潤滑材料及潤滑方式選取199
7．7．3脂潤滑200
7．7．4固體潤滑202
7．7．5固體脂復閤潤滑206
7．8機械係統試驗驗證技術207
7．8．1空間機器人關節功能/性能測試208
7．8．2空間機器人末端執行器功能/性能測試210
7．8．3環境適應性試驗212
7．8．4可靠性試驗213
第8章空間機器人控製係統216
8．1控製係統的組成及基本功能217
8．2控製係統設計219
8．2．1控製係統架構219
8．2．2信息流設計221
8．2．3控製係統工作模式設計223
8．2．4控製係統硬件設計225
8．2．5控製係統軟件設計228
8．2．6控製係統可靠性與安全性設計230
第9章空間機器人感知係統233
9．1視覺感知係統設計235
9．1．1設計內容235
9．1．2設計原則239
9．2可見光視覺感知係統的應用241
9．2．1可見光視覺感知的基本原理241
9．2．2艙外空間機械臂視覺感知係統244
9．2．3艙外飛行空間機器人視覺感知係統246
9．2．4艙內飛行空間機器人視覺感知係統247
9．2．5艙內類人型空間機器人視覺感知係統248
9．3激光視覺感知係統的應用252
9．3．1激光視覺感知的基本原理252
9．3．2艙外空間機械臂視覺感知係統254
9．3．3艙內類人型空間機器人視覺感知係統257
9．4試驗驗證259
第 10章空間機器人遙操作係統261
10．1空間機器人遙操作係統設計263
10．1．1空間機器人遙操作係統的特點、功能及組成263
10．1．2遙操作係統設計原則265
10．1．3主要技術指標267
10．2典型空間機器人遙操作係統268
10．2．1指令遙操作係統269
10．2．2雙邊遙操作係統270
10．2．3共享遙操作係統278
10．2．4智能代理遙操作係統279
第 11章空間機器人係統仿真281
11．1仿真在空間機器人研製中的作用283
11．2常用空間機器人仿真類型286
11．2．1按實現方式分類286
11．2．2按時間關係分類287
11．3空間機器人仿真中的兩個關鍵問題288
11．3．1仿真目標288
11．3．2模型驗證289
11．4基於仿真的任務驗證291
11．5常用機器人仿真軟件294
11．5．1MATLAB294
11．5．2SimulationX295
11．6基於MATLAB/SimMechanics的機器人仿真樣例297
第三篇空間機器人設計實例
第 12章大型空間機械臂設計實例303
12．1設計要求與約束條件306
12．1．1設計要求306
12．1．2約束條件308
12．2係統總體設計310
12．2．1任務分析310
12．2．2總體設計312
12．2．3機械臂機械係統設計315
12．3控製係統設計319
12．3．1控製係統的組成319
12．3．2係統控製策略320
12．3．3控製係統硬件設計321
12．3．4控製係統軟件設計324
12．4感知係統設計326
12．4．1感知係統的組成326
12．4．2視覺測量係統策略327
12．4．3視覺測量係統信息總綫設計328
12．4．4視覺測量係統硬件設計328
12．4．5視覺測量係統軟件設計330
12．5設計驗證331
12．5．1驗證項目矩陣331
12．5．2驗證方案332
第 13章空間移動機器人設計實例335
13．1設計要求與約束條件337
13．1．1設計要求337
13．1．2約束條件338
13．2係統總體設計340
13．2．1任務分析340
13．2．2總體方案設計342
13．3機械係統設計348
13．3．1驅動轉嚮模塊設計349
13．3．2主動懸架模塊設計350
13．3．3差動支撐模塊設計351
13．3．4壓緊釋放模塊設計352
13．4控製係統設計354
13．4．1控製係統總體設計354
13．4．2控製係統模式設計355
13．4．3伺服驅動方案設計356
13．5感知係統設計359
13．5．1感知係統整體構造359
13．5．2視覺感知係統設計360
13．5．3導航相機設計362
13．5．4避障相機設計362
13．5．5太陽敏感器設計363
13．6設計驗證364
13．6．1車體爬坡能力驗證364
13．6．2車體越障能力驗證365
13．6．3車體抬升能力驗證366
13．6．4抬輪行走能力驗證367
第 14章行星錶麵采樣機械臂設計實現369
14．1設計要求與約束條件370
14．1．1任務要求370
14．1．2功能要求370
14．1．3性能要求370
14．1．4接口要求371
14．1．5環境適應性要求371
14．2係統總體設計373
14．2．1任務分析373
14．2．2總體設計374
14．3機械係統設計379
14．3．1係統組成379
14．3．2關節設計379
14．3．3臂杆設計381
14．3．4采樣器設計382
14．3．5壓緊機構設計383
14．4控製係統設計385
14．4．1係統架構設計385
14．4．2控製單元設計385
14．4．3關節控製係統設計387
14．4．4控製係統軟件架構387
14．5感知係統設計389
14．5．1觸地傳感組件設計389
14．5．2視覺係統設計389
14．6設計驗證392
14．6．1試驗驗證項目392
14．6．2抗力學環境試驗393
14．6．3抗熱學環境試驗393
14．6．4抗塵土試驗394
14．6．5高溫展開試驗394
14．6．6末端采樣試驗394
14．6．7著陸姿態拉偏試驗396
第四篇總結與展望
第 15章空間機器人現狀399
15．1空間機器人的發展曆程400
15．2空間機器人的研究現狀403
15．3小結413
第 16章空間機器人展望415
16．1空間機器人産品416
16．1．1軟體機器人417
16．1．2飛行機器人419
16．1．3空間雲機器人420
16．1．4空間多機器人係統421
16．1．5人工智能空間機器人422
16．2空間機器人技術424
16．3小結433
參考文獻434
符號定義444
英文縮略語446
索引448
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