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

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