用MATLAB玩转机器人

内容浅显易懂，教会初学者怎样一步一步的用matlab 仿真出自己想要的机器人。 

本书内容分为三部分，*部分基础知识介绍，分别介绍了MATLAB和机器人的基本知识，让读者有一个初步的认识。第二部分是建模入门，这部分以单杆机器人控制器的位置控制为例，把MATLAB/Simulink和机器人工学的基本知识通过该实例建模仿真的形式进行介绍，让读者有个初步的了解，会进行简单的建模仿真。第三部分是建模实战篇——利用MATLAB仿真建模两足步行机器人，通过具体的实例，带领读者进行实战演习，完成一个全流程的建模任务，达到学懂会用的程度。 本书的特点是内容浅显易懂，教会初学者怎样一步一步地用MATLAB仿真出自己想要的机器人。

第1篇  MATLAB与机器人

 

第1章　认识MATLAB  3

 

1.1 走进MATLAB世界 3

 

1.2 熟悉MATLAB编程 11

 

1.2.1 语言基础 11

 

1.2.2 程序设计基础 13

 

1.2.3 绘图基础 21

 

1.3 掌握MATLAB矩阵 30

 

1.3.1 创建矩阵 31

 

1.3.2 合并矩阵 33

 

1.3.3 查询矩阵信息 35

 

第2章　了解机器人 37

 

2.1 走进机器人世界 37

 

2.2 熟悉机器人组成 38

 

2.2.1 机械部分 38

 

2.2.2 控制和传感部分 41

 

第3章　MATLAB 用起来 43

 

3.1 如何设计机器人 43

 

3.2 用好Simulink  44

 

3.2.1 Simulink入门 44

 

3.2.2 Simulink操作 46

 

3.2.3 子系统及自制模块 57

 

第2篇  用MATLAB玩转单关节机器人

 

第4章　机器人的结构与运动 65

 

4.1 机器人的结构 65

 

4.2 机器人的参数 69

 

4.3 机器人的运动过程 70

 

第5章　机器人的数学建模 73

 

5.1 机器人运动轨迹的设计 73

 

5.1.1 规划运动轨迹 73

 

5.1.2 设计运动轨迹 79

 

5.2 机器人的机械结构数学建模 88

 

5.2.1 机器人运动学基础 88

 

5.2.2 机器人的坐标变换 90

 

5.2.3 利用拉格朗日法导出机械结构模型 93

 

5.3 机器人的电气结构数学建模 97

 

5.4 机器人的控制系统数学建模 98

 

5.4.1 如何控制机器人 98

 

5.4.2 PID控制 100

 

5.4.3 建立机器人控制系统的模型 102

 

第6章　用MATLAB玩转单关节机器人 104

 

6.1 工作描述 104

 

6.2 运动轨迹函数的形成 106

 

6.3 机器人的机械仿真模型 109

 

6.4 机器人的电气仿真模型 111

 

6.5 PID 控制器的仿真模型 114

 

6.6 机器人的仿真运行结果 115

 

第3篇  用MATLAB玩转双足机器人

 

第7章　正运动学控制机器人 121

 

7.1 机器人的机械模型 121

 

7.2 机器人的正运动学 123

 

7.3 机器人的正运动学控制 128

 

第8章　逆运动学控制机器人 131

 

8.1 机器人的运动轨迹规划 131

 

8.2 机器人的逆运动学基础 134

 

8.3 本章问题的答案 137

 

参考文献 141

构思本书的时候正值2015年初秋,外面还很燥热。坐在屋里想静静地将近期有关机器人的工作做一个小结。从2014年起,陆续与化学工业出版社合作,以每年一本书的速度陆续出版了《机器人制作轻松入门》，《Arduino轻松入门》和《机器人设计与制作》。从众多读者的反馈可以看出,在当前机器人热的环境下,我们每一位机器人爱好者都非常振奋。其实,如果我们直接使用别人设计制造的机器人会比较简单。但是,作为机器人爱好者,我们何尝不希望自己亲自设计制造一台机器人呢。这就要面对如下问题:如何设计机器人各部位的尺寸,如何放置电机，传感器等部件,对机器人的运动形式和范围如何界定,机器人各部件在整体安装完毕后是否能够保持身体的平衡与运动的协调?如果硬件已经全部加工完毕,在整体安装调试时才发现问题,之后再重新设计并加工,这样既耽误时间又浪费资金。而如果能够在实际加工硬件之前,让我们能够观察到自己设计的机器人的运动状况,及时发现问题并及时修改设计方案,这岂不是更好?本书就是为此目的而撰写的。就本书而言,是希望提供给以下两种类型读者的:① 初学MATLAB的读者。您可能以前对MATLAB有一定的了解,也可能完全没有使用过。无论您处于何种情况都没有关系,都可以通过本书来了解和学习MATLAB在机器人控制上的应用基础。当然如果您对MATLAB很熟悉的话相关章节可以略读。② 希望通过MATLAB进行机器人开发的读者。对于这样的读者,本书应该可以作为您的入门书。当然,在阅读和使用本书之后,请您还要参阅并领会与机器人控制相关的专业知识。说实话,笔者不是一个“勤快”人,有些书在书店看着很好就买回来了。回家后可能看了前面的几十页,就随手一放。闲暇时将那本书拿过来又从页看,看过十几页后又放下了。结果是书的前一半就像刚出土的古书一样显得很破旧,而书的后半部分则全新。笔者不想让本书也遭受如此待遇,因此在书的结构安排和内容上下了一定的功夫。作为机器人爱好者,有一点我想读者也是很清楚的,那就是只看书是不够的。特别是对于机器人仿真与开发来说,没有什么比坐在计算机前亲自输入程序并执行它,后看到希望的结果更令人快乐的了。记得笔者在日本工作时,与友人ZMP公司的坂井亮介先生曾畅谈此事。本书也参考了ZMP公司开发的e-nuvo机器人的有关资料和三田宇洋先生为e-nuvo机器人撰写的仿真教程,深感在机器人的学习和开发过程中理论联系实际，软件结合硬件的必要性。为了帮助读者学习,本书提供部分资源的电子版,请到出版社网站www.cip.com.cn中的资源下载→配书资源中下载使用。本书在编写和修改过程中,得到了高等学校博士学科点专项科研基金(20131208110005),天津市科技支撑计划项目(14ZCZDSY00010),天津市*项目(20120831和20140710)的支持。通过编者负责的天津科技大学行业卓越人才实验班核心课程建设(自动控制原理)进行了实验验证。在本书的编写和修改过程中,得到了天津科技大学张峻霞，白瑞祥，彭一准，贺庆，杜萌等老师的指导与帮助。天津浩芝蓝机器人科技有限公司的黄斌，李子旭，刘岩,日本ZMP公司的坂井亮介先生和三田宇洋先生,以及天津市印刷装潢技术学校的焦红玮也参与了本书的编写和实验工作,并提出了很多修改意见。参与本书编写和实验的人员还包括魏一帆，宋滨鹄，满海芳，王子威，欧阳育星，秦意乔，边策，魏宝昌，刘旭，杨闯，王文智，胡新帅，张鹏林，张泌，孟宇，吴旭阳等,在此一并表示感谢。如果您对本书有什么疑问,可以通过以下方式联系到我们:E-mail:[email protected] (戴凤智),[email protected] (张鸿涛),[email protected] (康奇家)。由于水平有限,书中难免存在不足,敬请各位读者批评指正。编者