可变形模块机器人构形研究

作者: 刘金国著 , 王越超著 , 李斌著 , 刘同林著

出版社: 科学出版社

出版时间: 2013-06

版次: 1

ISBN: 9787030377906

定价: 85.00

装帧: 平装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 226页

字数: 297千字

正文语种: 简体中文

分类: 工程技术

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　　可变形模块机器人是当前机器人领域的研究热点，它由多个模块组成，可以通过模块的不同组合和构形的变化，适应不同的任务和环境。构形研究是可变形模块机器人系统研究的核心问题，与可变形模块机器人的拓扑结构、运动学特性、动力学特性和可控性等密切相关。刘金国、王越超、李斌、刘同林所著的《可变形模块机器人构形研究》主要介绍了作者在可变形模块机器人构形研究领域十年来的部分研究成果和国内外的一些新的研究进展。全书共分为6章，分别为可变形模块机器人的研究概述、可变形机器人系统、可变形模块机器人的构形计数研究、可变形模块机器人的构形机动性研究、可变形模块机器人的构形转换研究、可变形模块机器人构形研究领域的研究展望等内容。本书以实际平台、基础理论、研究方法和方法拓展应用为主线，穿插了一些构形研究的通用方法和应用示例。本书注重理论研究和实践相结合，以实际平台为依托，旨在通过方法的通用性来开拓读者的研究思路。
　　《可变形模块机器人构形研究》可作为可变形机器人和其他机器人领域研究人员的参考用书。

　　刘金国，1978年9月生，中国科学院沈阳自动化研究所研究员、博士生导师，机器人学国家重点实验室主任助理。近年来先后负责和参加国家自然科学基金、国家863计划、载人航天工程预研项目、中国科学院重要方向性项目等30多项课题。在国内外期刊和会议发表论文60多篇，申请专利20多项，获国家科学技术进步奖二等奖、中国科学院院长奖优秀奖、中国科学院沈阳分院优秀青年科技人才奖、辽宁省自然科学学术成果奖一等奖、中国机械工程学会优秀论文奖等奖励20多项。主要研究方向包括：智能机器人系统、空间机器人与自动化装备、机器人机构学及智能控制方法等。
　　
　　王越超，1960年6月生，中国科学院沈阳自动化研究所研究员、博士生导师，机器人学国家重点实验室主任，《机器人》杂志主编，国务院学位委员会学科评议组成员，中国自动化学会理事，中国自动化学会机器人专业委员会主任委员，辽宁省自动化学会副理事长。主持完成国家973计划、863计划、科技攻关重大专项、国家自然科学基金、中国科学院重点项目等多项课题。在机器人控制理论与方法、技术攻关、推广应用等方面取得多项成果，在国内外重要期刊和会议发表论文100余篇，获国家科学技术进步奖二等奖两项、中国科学院科技进步二等奖两项、辽宁省科技进步一等奖一项，多次获得省部级授予的荣誉称号。主要研究方向包括：多机器人系统、机器人遥操作、纳米操作机器人、危险作业机器人等。
　　
　　李斌，1963年8月生，中国科学院沈阳自动化研究所研究员，国家探月工程重大专项三期工程论证组专家。主持及参加完成国家“七五”攻关、国家“八五”攻关、国家“九五”攻关、国家863计划、国家自然科学基金、中国科学院方向性项目等多项课题，主持完成十余项点焊、弧焊、浇铸机器人应用工程项目。在国内外期刊和会议发表论文80余篇，获国家发明专利12项，获国家科学技术进步奖二等奖一项、中国科学院科技进步特等奖一项、辽宁省科技进步一等奖一项、辽宁省自然科学学术成果一等奖一项、辽宁省科技进步三等奖一项。主要研究方向包括：仿生机器人技术与系统、可变形机器人技术与系统、机器人化救援装备、特种机械臂系统等。
　　
　　刘同林，1982年1月生，博士后。2005年7月毕业于辽宁大学测控技术与仪器专业，获学士学位。2005年8月被中国科学院沈阳自动化研究所模式识别与智能系统专业录取为硕博连读研究生，2010年7月博士毕业。在中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室攻读硕士和博士学位期间，发表论文15篇，其中作者11篇（EI源8篇）。主要研究兴趣包括：机器人智能控制、机器人仿生学、可重构模块机器人、体系顶层设计等。序
前言
第1章绪论
1.1引言
1.2可变形模块机器人的研究现状
1.2.1国外的研究情况
1.2.2国内的研究情况
1.3可变形模块机器人的分类
1.3.1基于变形机理的可变形机器人分类
1.3.2基于结构特征的可变形机器人分类
1.4可变形模块机器人的主要研究内容概述
1.4.1可变形模块机器人系统设计
1.4.2可变形模块机器人模块研究
1.4.3可变形模块机器人构形研究
1.4.4可变形模块机器人运动特性研究
1.4.5可变形模块机器人运动规划研究
1.4.6可变形模块机器人控制方法研究
1.5本书主要内容
第2章可变形模块机器人系统概述
2.1引言
2.2可变形模块机器人的变形原理
2.2.1链式模块化结构的仿生研究和特点分析
2.2.2新型链式结构的变形与重组机理
2.3可变形模块机器人的设计与仿真系统
2.3.1基于SOlidworks的设计与仿真系统
2.3.2基于MATLAB的仿真系统
2.4可变形模块机器人平台简述
2.4.1原理样机基础模块设计
2.4.2原理样机单模块机器人系统
2.4.3原理样机双模块机器人系统
2.4.4原理样机三模块机器人系统
2.4.5三模块原理样机系统的改进
2.5本章小结
第3章可变形模块机器人的构形计数研究
3.1引言
3.2基于相似理论的构形研究方法概述
3.2.1相似理论概述
3.2.2基于相似性的构形描述
3.3可变形机器人的构形通用计数方法
3.3.1模块的拆分计数
3.3.2模块的组合计数
3.3.3树状模块规则结构的计数方法
3.3.4环状模块规则结构的计数方法
3.4可变形模块机器人的构形设计与计数
3.4.1模块连接关系的0-1表达
3.4.2单模块拓扑信息的构形矩阵表达
3.4.3构形矩阵的有关定义
3.4.4模块问邻接关系的矩阵描述
3.4.5构形数量分析
3.4.6构形设计示例
3.5构形计数和设计方法的拓展应用
3.6本章小结
第4章可变形模块机器人的构形机动性研究
4.1引言
4.2基本运动形式和力学模型概述
4.3可变形模块机器人的转向特性研究
4.3.1履带模块的平地接地比压研究
4.3.2地面转向阻力矩分析
4.3.3滑移转向特性分析
4.3.4铰接转向特性分析
4.3.5转向特性实验与评价
4.4可变形模块机器人的越障特性研究
4.4.1斜坡爬行性能
4.4.2沟壑跨越性能
4.4.3楼梯爬行性能
4.5可变形模块机器人的倾翻稳定性研究
4.5.1倾翻稳定性的稳定锥描述
4.5.2变形过程中的倾翻稳定性研究
4.5.3不同构形的倾翻稳定性比较
4.6本章小结
第5章可变形模块机器人的构形转换研究
5.1引言
5.2现有构形转换方法概述
5.2.1基底变形运动规划
5.2.2Cube类型机器人变形规划的扩展
5.2.3闭链构形转换的规划
5.3基于图论的构形网络建模
5.3.1图论中的基本定义和定理
5.3.2构形网络描述模型和定义
5.4基于构形网络的多构形转换特性分析
5.4.1构形转换路径计数
5.4.2构形转换路径优化
5.4.3中心构形的选择
5.5构形转换网络方法的拓展应用
5.6本章小结
第6章可变形模块机器人研究展望
6.1可变形模块机器人研究的挑战
6.2从常规机电系统到分子机器人
6.3self-X系统
6.4本章小结
参考文献
附录
附1国内外主要研究单位目录
1.1美国
1.2日本
1.3中国
1.4其他国家
附2构形计数研究的程序与代码
2.1主程序functiongx=CONRO_Enume
2.2子程序：BDDG
2.3子程序：DDDG
2.4子程序：ADD
2.5子程序：HDD
内容简介:
　　可变形模块机器人是当前机器人领域的研究热点，它由多个模块组成，可以通过模块的不同组合和构形的变化，适应不同的任务和环境。构形研究是可变形模块机器人系统研究的核心问题，与可变形模块机器人的拓扑结构、运动学特性、动力学特性和可控性等密切相关。刘金国、王越超、李斌、刘同林所著的《可变形模块机器人构形研究》主要介绍了作者在可变形模块机器人构形研究领域十年来的部分研究成果和国内外的一些新的研究进展。全书共分为6章，分别为可变形模块机器人的研究概述、可变形机器人系统、可变形模块机器人的构形计数研究、可变形模块机器人的构形机动性研究、可变形模块机器人的构形转换研究、可变形模块机器人构形研究领域的研究展望等内容。本书以实际平台、基础理论、研究方法和方法拓展应用为主线，穿插了一些构形研究的通用方法和应用示例。本书注重理论研究和实践相结合，以实际平台为依托，旨在通过方法的通用性来开拓读者的研究思路。
　　《可变形模块机器人构形研究》可作为可变形机器人和其他机器人领域研究人员的参考用书。
作者简介:
　　刘金国，1978年9月生，中国科学院沈阳自动化研究所研究员、博士生导师，机器人学国家重点实验室主任助理。近年来先后负责和参加国家自然科学基金、国家863计划、载人航天工程预研项目、中国科学院重要方向性项目等30多项课题。在国内外期刊和会议发表论文60多篇，申请专利20多项，获国家科学技术进步奖二等奖、中国科学院院长奖优秀奖、中国科学院沈阳分院优秀青年科技人才奖、辽宁省自然科学学术成果奖一等奖、中国机械工程学会优秀论文奖等奖励20多项。主要研究方向包括：智能机器人系统、空间机器人与自动化装备、机器人机构学及智能控制方法等。
　　
　　王越超，1960年6月生，中国科学院沈阳自动化研究所研究员、博士生导师，机器人学国家重点实验室主任，《机器人》杂志主编，国务院学位委员会学科评议组成员，中国自动化学会理事，中国自动化学会机器人专业委员会主任委员，辽宁省自动化学会副理事长。主持完成国家973计划、863计划、科技攻关重大专项、国家自然科学基金、中国科学院重点项目等多项课题。在机器人控制理论与方法、技术攻关、推广应用等方面取得多项成果，在国内外重要期刊和会议发表论文100余篇，获国家科学技术进步奖二等奖两项、中国科学院科技进步二等奖两项、辽宁省科技进步一等奖一项，多次获得省部级授予的荣誉称号。主要研究方向包括：多机器人系统、机器人遥操作、纳米操作机器人、危险作业机器人等。
　　
　　李斌，1963年8月生，中国科学院沈阳自动化研究所研究员，国家探月工程重大专项三期工程论证组专家。主持及参加完成国家“七五”攻关、国家“八五”攻关、国家“九五”攻关、国家863计划、国家自然科学基金、中国科学院方向性项目等多项课题，主持完成十余项点焊、弧焊、浇铸机器人应用工程项目。在国内外期刊和会议发表论文80余篇，获国家发明专利12项，获国家科学技术进步奖二等奖一项、中国科学院科技进步特等奖一项、辽宁省科技进步一等奖一项、辽宁省自然科学学术成果一等奖一项、辽宁省科技进步三等奖一项。主要研究方向包括：仿生机器人技术与系统、可变形机器人技术与系统、机器人化救援装备、特种机械臂系统等。
　　
　　刘同林，1982年1月生，博士后。2005年7月毕业于辽宁大学测控技术与仪器专业，获学士学位。2005年8月被中国科学院沈阳自动化研究所模式识别与智能系统专业录取为硕博连读研究生，2010年7月博士毕业。在中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室攻读硕士和博士学位期间，发表论文15篇，其中作者11篇（EI源8篇）。主要研究兴趣包括：机器人智能控制、机器人仿生学、可重构模块机器人、体系顶层设计等。
目录:
序
前言
第1章绪论
1.1引言
1.2可变形模块机器人的研究现状
1.2.1国外的研究情况
1.2.2国内的研究情况
1.3可变形模块机器人的分类
1.3.1基于变形机理的可变形机器人分类
1.3.2基于结构特征的可变形机器人分类
1.4可变形模块机器人的主要研究内容概述
1.4.1可变形模块机器人系统设计
1.4.2可变形模块机器人模块研究
1.4.3可变形模块机器人构形研究
1.4.4可变形模块机器人运动特性研究
1.4.5可变形模块机器人运动规划研究
1.4.6可变形模块机器人控制方法研究
1.5本书主要内容
第2章可变形模块机器人系统概述
2.1引言
2.2可变形模块机器人的变形原理
2.2.1链式模块化结构的仿生研究和特点分析
2.2.2新型链式结构的变形与重组机理
2.3可变形模块机器人的设计与仿真系统
2.3.1基于SOlidworks的设计与仿真系统
2.3.2基于MATLAB的仿真系统
2.4可变形模块机器人平台简述
2.4.1原理样机基础模块设计
2.4.2原理样机单模块机器人系统
2.4.3原理样机双模块机器人系统
2.4.4原理样机三模块机器人系统
2.4.5三模块原理样机系统的改进
2.5本章小结
第3章可变形模块机器人的构形计数研究
3.1引言
3.2基于相似理论的构形研究方法概述
3.2.1相似理论概述
3.2.2基于相似性的构形描述
3.3可变形机器人的构形通用计数方法
3.3.1模块的拆分计数
3.3.2模块的组合计数
3.3.3树状模块规则结构的计数方法
3.3.4环状模块规则结构的计数方法
3.4可变形模块机器人的构形设计与计数
3.4.1模块连接关系的0-1表达
3.4.2单模块拓扑信息的构形矩阵表达
3.4.3构形矩阵的有关定义
3.4.4模块问邻接关系的矩阵描述
3.4.5构形数量分析
3.4.6构形设计示例
3.5构形计数和设计方法的拓展应用
3.6本章小结
第4章可变形模块机器人的构形机动性研究
4.1引言
4.2基本运动形式和力学模型概述
4.3可变形模块机器人的转向特性研究
4.3.1履带模块的平地接地比压研究
4.3.2地面转向阻力矩分析
4.3.3滑移转向特性分析
4.3.4铰接转向特性分析
4.3.5转向特性实验与评价
4.4可变形模块机器人的越障特性研究
4.4.1斜坡爬行性能
4.4.2沟壑跨越性能
4.4.3楼梯爬行性能
4.5可变形模块机器人的倾翻稳定性研究
4.5.1倾翻稳定性的稳定锥描述
4.5.2变形过程中的倾翻稳定性研究
4.5.3不同构形的倾翻稳定性比较
4.6本章小结
第5章可变形模块机器人的构形转换研究
5.1引言
5.2现有构形转换方法概述
5.2.1基底变形运动规划
5.2.2Cube类型机器人变形规划的扩展
5.2.3闭链构形转换的规划
5.3基于图论的构形网络建模
5.3.1图论中的基本定义和定理
5.3.2构形网络描述模型和定义
5.4基于构形网络的多构形转换特性分析
5.4.1构形转换路径计数
5.4.2构形转换路径优化
5.4.3中心构形的选择
5.5构形转换网络方法的拓展应用
5.6本章小结
第6章可变形模块机器人研究展望
6.1可变形模块机器人研究的挑战
6.2从常规机电系统到分子机器人
6.3self-X系统
6.4本章小结
参考文献
附录
附1国内外主要研究单位目录
1.1美国
1.2日本
1.3中国
1.4其他国家
附2构形计数研究的程序与代码
2.1主程序functiongx=CONRO_Enume
2.2子程序：BDDG
2.3子程序：DDDG
2.4子程序：ADD
2.5子程序：HDD

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