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本書介紹機器人系統之運動控制的基本工作原理、理論分析、設計與應用實務技術。
舉凡對機械系統進行可規劃及控制其運動行進軌跡，或作用力為目的的研究及技術開發領域，皆可廣義地視為運動控制的範疇，機器人為運動控制之最佳應用領域。
全書內容共分12章，以機械臂及移動機器人為主要課題，介紹運動控制的工作原理，第一章介紹機器人與相關系統的簡介；第二章介紹PID控制器設計，並以伺服機、直流馬達為實例說明；第三章及第四章講解三度空間向量與矩陣方程式的應用，第五章到第十章則講解機械臂、機器人運動控制系統所需的各個控制流程，第十一章介紹機械臂控制之模型、搬運機械臂設計範例；第十二章則介紹機械臂影像回授控制的原理、撞球機器人運作實例。
本書特色
1.本書內容涵蓋單個伺服馬達PID控制器的設計概念到機器人運動控制系統的應用範例，理論解說過程詳細，奠定良好基礎。
2.以深入淺出的方式分析機器人運動控制系統各個控制流程所需參數與其代表之物理意義，加強讀者對各個控制流程的觀念。
3.書內針對多個特殊結構之機械臂及移動機器人進行運動學分析及推導。
4.每個章節的例題與解說，增強章節內容的觀念理解。主要章節附設練習題，有效驗證學習成果。理論搭配練習題及程式實際演練，使讀者更能將理論與實際結合。
5.附有機器人MATLAB符號解法範例程式，可以幫助讀者推導較複雜的數學式。
第1章 機器人運動控制簡介
1.1 機器人簡介 1-1
1.2 機器人系統的組成 1-4
1.3 機械臂及其影像系統簡介 1-6
1.4 機器人運動控制內容簡介 1-9
第2章 單軸PID控制器設計實務
2.1 控制系統特性與性能分析 2-1
2.2 設計符合性能規格要求之PID控制器 2-7
2.3 PID控制器程式 2-10
2.4 直流馬達速度PID控制器設計實例 2-12
2.5 伺服機位置PID控制器數位化增益設計例 2-17
2.6 機器人電機選配簡介 2-20
第3章 三度空間向量與旋轉
3.1 三度空間向量與向量乘積 3-1
3.2 三度空間旋轉矩陣 3-10
3.3 三度空間旋轉之尤拉角(Euler angle)表示法 3-13
3.4 對任意軸旋轉角度 3-14
3.5 旋轉矩陣與反對稱矩陣 3-17
3.6 四元數定義與運算 3-19
3.7 三度空間旋轉單位四元數表示法 3-22
3.8 最佳三度空間旋轉問題 3-27
3.9 三度空間旋轉表示法綜合整理 3-31
第4章 齊次轉換矩陣與透視轉換矩陣
4.1 線性轉換與仿射轉換 4-1
4.2 三度空間剛體轉換與齊次轉換矩陣 4-3
4.3 機器人座標系統轉換圖 4-5
4.4 齊次轉換矩陣方程式 4-6
4.5 剛體最佳旋轉與平移問題 4-8
4.6 相機透視轉換模型 4-9
4.7 基於同形異構轉換之相機校正 4-14
4.8 三度空間之相機校正 4-17
第5章 機械臂直接運動學
5.1 自定座標齊次轉換法 5-2
5.2 DH參數齊次轉換法 5-7
第6章 機械臂反運動學
6.1 基本公式 6-2
6.2 機械臂反運動學之解析解 6-4
第7章 機械臂軌跡規劃
7.1 機械臂軌跡規劃簡介 7-1
7.2 機械臂點到點運動控制軌跡 7-2
7.3 機械臂直角座標直線軌跡規劃 7-6
7.4 多項式插值 7-7
7.5 片段多項式軌跡曲線 7-13
7.6 三次雲形軌跡曲線(cubic spline trajectory) 7-16
7.7 B-spline雲形曲線基本架構 7-20
7.8 B-spline雲形曲線特性 7-26
7.9 B-spline曲線數據點擬合(fitting data by B-spline) 7-28
第8章 機械臂微分運動學
8.1 基本概念 8-1
8.2 計算旋轉尤拉角微分矩陣 8-3
8.3 計算機械臂幾何Jacobian矩陣 8-6
8.4 機械臂微分矩陣計算例 8-9
8.5 影像微分矩陣 8-17
8.6 機械臂速度(微分)反運動學之解法 8-21
8.7 微分矩陣之SVD分析 8-24
第9章 移動機器人速度運動學
9.1 簡介 9-1
9.2 雙輪獨立驅動移動機器人 9-4
9.3 三輪車式移動機器人 9-10
9.4 二輪自行車機器人 9-12
9.5 全方位式三輪移動機器人 9-14
9.6 麥克納姆四輪全方位移動機器人 9-16
9.7 移動機器人微分矩陣分析例 9-18
9.8 移動機器人結合影像系統例 9-21
第10章 機械臂動力學
10.1 Lagrange能量方法 10-1
10.2 牛頓尤拉法 10-9
10.3 比較Lagrange法與Newton-Euler法 10-15
10.4 串聯式機械臂動力方程式的演算法 10-19
10.5 有限制條件之機器人動力方程式 10-23
10.6 移動機器人動力方程式 10-25
第11章 機械臂控制
11.1 機械臂動態數學模型 11-1
11.2 機械臂PD控制器 11-7
11.3 機械臂可變結構滑動模式PID控制 11-9
11.4 基材搬運機械臂控制器設計範例 11-12
第12章 機械臂影像回授控制
12.1 簡介 12-1
12.2 影像伺服控制基本原理 12-2
12.3 三維空間平行四邊形影像對位 12-4
12.4 撞球機器人影像回授控制 12-9
附 錄
附錄一 機電整合系統常見的機電介面 附-1
附錄二 被動電子元件應用實務 附-14
附錄三 希臘字母表 附-29
附錄四 MATLAB 範例程式 附-33
