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第1章 绪论1

1.1 工程机械与机器人技术1

1.2 挖掘机器人运动控制研究目的与意义2

1.3 挖掘机器人研究综述4

1.3.1 挖掘机器人概述4

1.3.2 挖掘机器人智能规划控制5

1.3.3 挖掘机器人运动控制6

1.4 相关理论与技术研究现状9

1.4.1 电液伺服系统建模、辨识与控制研究现状9

1.4.2 机械臂动力学参数辨识与控制研究现状13

1.5 本书体系结构15

1.5.1 总体思路15

1.5.2 体系结构16

第2章 挖掘机器人电液伺服系统建模与动态特性分析18

2.1 机器人化液压挖掘机18

2.1.1 挖掘机器人电液控制系统18

2.1.2 挖掘机器人网络监控系统20

2.2 挖掘机器人电液伺服系统分段线性模型23

2.2.1 电液比例阀简化模型23

2.2.2 阀控非对称缸分段传递函数23

2.2.3 挖掘机器人电液伺服系统分段传递函数仿真与试验分析28

2.3 挖掘机器人电液伺服系统非线性建模29

2.3.1 电液伺服系统非线性状态空间模型30

2.3.2 系统非线性动态特性的仿真与试验分析33

2.4 本章小结37

第3章 挖掘机器人电液伺服系统辨识38

3.1 基于神经网络的电液伺服系统状态空间模型辨识38

3.1.1 电液伺服系统的简化状态空间模型38

3.1.2 DRNN神经网络辨识Jacobian39

3.1.3 辨识试验与验证41

3.2 基于BLON模型的电液伺服系统非线性辨识43

3.2.1 挖掘机器人电液伺服系统的BLON类模型表示44

3.2.2 改进的最小二乘辨识算法45

3.2.3 辨识试验对比分析48

3.3 基于P-H-W模型的非线性辨识51

3.3.1 系统的P-H-W模型表示51

3.3.2 递推辨识算法52

3.3.3 辨识试验结果分析53

3.4 本章小结55

第4章 挖掘机械臂运动学、动力学建模及其轨迹规划57

4.1 运动学建模57

4.1.1 运动学空间划分57

4.1.2 工作装置运动学模型58

4.2 动力学建模63

4.2.1 基于拉格朗日法的二自由度动力学方程64

4.2.2 基于牛顿-欧拉法的三自由度动力学方程65

4.3 挖掘机械臂轨迹规划69

4.3.1 机器人轨迹规划概述69

4.3.2 混合空间轨迹规划及其盲位盲角分析70

4.3.3 基于三维实体模型的轨迹离线规划73

4.4 本章小结74

第5章 挖掘机械臂动力学模型参数辨识76

5.1 单关节动力学参数辨识76

5.1.1 斗杆关节动力学模型参数辨识76

5.1.2 铲斗关节动力学模型参数辨识与摩擦模型分析80

5.2 挖掘机械臂的二自由度动力学参数辨识86

5.2.1 二自由度动力学模型化简87

5.2.2 辨识试验结果分析89

5.3 本章小结91

第6章 挖掘机器人工作装置运动控制策略研究92

6.1 挖掘机器人作业轨迹跟踪的分段PID控制92

6.1.1 分段PID控制策略92

6.1.2 分段PID控制试验分析93

6.2 挖掘机器人作业的单神经元自适应PID控制96

6.2.1 单神经元PID控制算法96

6.2.2 单神经元PID控制仿真97

6.3 本章小结98

第7章 挖掘机器人作业的非线性预测控制100

7.1 线性预测控制算法100

7.1.1 线性预测模型及其参数在线估计算法101

7.1.2 j步最优预测101

7.1.3 Diophantine方程的递推算法103

7.1.4 多步预测自校正控制算法105

7.2 基于Hammerstein模型的非线性预测控制108

7.2.1 Hammerstein预测模型108

7.2.2 非线性预测控制自适应算法110

7.2.3 挖掘机器人作业的非线性预测控制仿真114

7.3 挖掘机器人作业的非线性预测控制试验研究118

7.3.1 控制试验准备118

7.3.2 试验结果分析119

7.4 本章小结121

附录1 最小二乘法122

附录2 挖掘机械臂运动学参数123

附录3 基于牛顿-欧拉法的挖掘机械臂动力学建模125

参考文献136