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《機電整合控制-多軸運動設計與應用(第三版)(附部分內容光碟)》



此書之目的即在提供機電整合及機器人系統之運動控制的基本工作原理、理論分析、設計與應用實例及實驗結果等資料。

由於資訊化功能、網路通訊功能、以及人機介面圖像化等需求愈來愈殷切，使得網際網路的持續發展必將在自動化產業上扮演更重要的角色。機構組件網路化的機電系統整合更是一個值得關注的發展潮流。應用網際網路的技術，將可提昇產品的附加價值與提高產品的競爭優勢。另外值得一提的是電腦視覺與影像處理技術的持續發展勢必在未來自動化產品上扮演更智慧、更重要的角色。整合高速電腦視覺處理的機電整合及機器人系統更是一值得關注的發展潮流。

本書共二十六章依各章之性質將全書分為三篇：基本原理篇、機械臂原理篇及運動控制應用實例篇。第一部份基本原理篇中共包含有五章，它可作為多軸運動控制的入門知識。第二部份為多軸機械臂運動控制的基礎理論介紹。最後第三部份應用實例篇共有十二章，分別介紹六個運動控制系統的完整實例。為了全書內容的完整性，於本書附錄中詳細介紹運動控制系統常用之機電介面。



■ 本書優點特色

1.本書以實用的基本理論為基礎，以深入淺出的方式介紹機電整合系統多軸運動控制的基本知識與原理。

2.本書闡述機械臂及機器人的基本工作原理，其內容可加強機電整合系統之理論基礎。

3.本書涵蓋運動控制器設計與製作實例，諸如多軸伺服馬達運動控制系統、半導體設備控制系統、機械臂自動鑽骨控制系統以及機器人系統設計等。

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  第一部份運動控制基本原理
  
  第1章多軸運動控制器的基本原理
  
  1.1簡介 1-1
  
  1.2運動路徑產生器 1-3
  
  1.3梯形速度曲線規劃 1-6
  
  1.4路徑插值 1-7
  
  1.5位置脈波產生器 1-9
  
  1.6位置控制器 1-10
  
  1.7程式流程圖 1-12
  
  1.8結論與討論 1-13
  
  
  
  第2章點到點運動軌跡設計
  
  2.1等速度曲線 2-1
  
  2.2梯形速度曲線 2-2
  
  2.3最短運動時間的梯形速度曲線 2-5
  
  2.4固定抵達時間的梯形速度曲線 2-6
  
  2.5S形速度曲線 2-10
  
  2.6 PVT運動指令格式 2-16
  
  2.7梯形與S形速度曲線的程式撰寫技巧 2-18
  
  2.8其它點到點運動速度曲線 2-22
  
  
  
  第3章連續運動軌跡設計
  
  3.1簡介 3-1
  
  3.23段PVT運動曲線 3-2
  
  3.3三次雲形曲線插值 3-6
  
  3.4均勻型基本雲形曲線 3-10
  
  3.5非均勻型基本雲形曲線 3-17
  
  3.6點到點速度曲線與連續運動曲線 3-24
  
  3.7圓弧插值 3-26
  
  
  
  第4章伺服控制系統分析與設計
  
  4.1簡介 4-1
  
  4.2直流伺服馬達控制系統之線性模式 4-2
  
  4.4穩定性與相對穩定 4-6
  
  4.4控制系統的性能與規格 4-8
  
  4.5穩態誤差分析 4-10
  
  4.6控制系統的靈敏度分析 4-12
  
  4.7控制系統的外部干擾分析 4-13
  
  4.8控制系統的分析步驟 4-15
  
  4.9常用的控制器型式 4-21
  
  4.10控制系統設計 4-25
  
  4.11控制器數位化與實現 4-31
  
  4.12數位控制器的取樣時間 4-34
  
  4.14轉換數位控制器為控制程式 4-34
  
  4.14其他常見機電系統元件的簡化線性模式 4-39
  
  
  
  第5章運算放大器原理與應用
  
  5.1類比/數位技術的演進 5-1
  
  5.2運算放大器基本特性與原理 5-5
  
  5.3基本運算放大器電路設計 5-9
  
  5.4濾波器設計 5-20
  
  5.5運算放大器的其他應用 5-29
  
  5.6直流伺服馬達驅動控制器設計範例 5-33
  
  
  
  第二部份機器人運動控制基礎
  
  第6章機器人簡介
  
  6.1機器人簡介 6-1
  
  6.2機器人系統的組成 6-3
  
  6.3機械臂簡介 6-6
  
  
  
  第7章座標系統與齊次矩陣
  
  7.1直角座標系統與平移及旋轉 7-1
  
  7.2連續旋轉矩陣 7-3
  
  7.3齊次轉換 7-15
  
  7.4相機座標系統 7-21
  
  
  
  第8章機械臂直接運動學
  
  8.1自定座標齊次轉換法 8-2
  
  8.2DH參數齊次轉換法 8-7
  
  
  
  第9章機械臂反運動學
  
  9.1基本技巧 9-2
  
  9.2機械臂運動學之解析解 9-4
  
  
  
  第10章機械臂微分運動學
  
  10.1基本概念 10-1
  
  10.2計算幾何Jacobian矩陣 10-3
  
  10.3Jacobian矩陣計算範例 10-7
  
  10.3相機Jacobian矩陣 10-18
  
  
  
  第11章機械臂動力學
  
  11.1Lagrange法 11-1
  
  11.2牛頓尤拉法 11-4
  
  11.3二軸機械臂動力方程式範例 11-8
  
  11.4比較Lagrange法與Newton-Euler法 11-14
  
  11.5串聯式機械臂動力方程式的電腦計算方法 11-18
  
  11.6計算範例 11-23
  
  
  
  第12章機械臂控制
  
  12.1機械臂動態數學模型 12-1
  
  12.2機械臂PD控制器 12-7
  
  12.3機械臂可變結構滑動模式PID控制 12-9
  
  12.4基材搬運機械臂控制器設計例 12-13
  
  
  
  第13章輪行移動機器人速度運動學
  
  13.1簡介 13-1
  
  13.2雙輪獨立驅動移動機器人 13-3
  
  13.3三輪車式移動機器人 13-5
  
  13.4全方位式三輪移動機器人最新 13-7
  
  13.5二輪自行車機器人 13-8
  
  13.6移動機器人結合影像系統例 13-11
  
  
  
  第14章二足步行機器人平衡及步行控制
  
  14.1簡介 14-1
  
  14.2數學模型 14-5
  
  14.3週期解 14-9
  
  14.4定點解的穩定性分析及事件驅動式控制 14-11
  
  14.5模擬結果 14-14
  
  14.6雙足機器人的運動自由度與致動器個數 14-22
  
  
  
  第三部份機電整合運動控制應用
  
  第15章機電整合系統實現
  
  15.1選用PC-Based系統或Embedded系統 15-1
  
  15.2系統所需的即時性能分析 15-6
  
  15.3PC-Based系統架構的應用與設計 15-10
  
  15.4嵌入式系統架構的應用與設計 15-15
  
  15.5系統介面分析與規劃 15-26
  
  15.6機電整合系統程式開發 15-38
  
  15.7由PC-Based架構導入Embedded架構 －
  
  以骨骼鑽孔系統為例 15-43
  
  15.8Embedded 與PC-Based混合架構 -
  
  機電系統實驗平台建立 15-55
  
  15.9專案設計與開發實例 15-60
  
  
  
  第16章FPGA-Based 泛用型嵌入式運動控制模組設計
  
  16.1前言 16-1
  
  16.2運動控制晶片架構設計 16-1
  
  16.3運動制控制晶片模組功能分析 16-3
  
  16.4控制模組知名商品實現 16-7
  
  16.5晶片整合測試 16-11
  
  16.6結論 16-14
  
  
  
  第17章雙軸數位運動控制器設計
  
  17.1簡介 17-1
  
  17.2硬體說明 17-2
  
  17.3軟體製作說明 17-4
  
  17.4運動控制原理 17-7
  
  17.5實驗結果 17-20
  
  17.6結論 17-24
  
  
  
  第18章脈衝型數位運動控制器設計與製作
  
  18.1簡介 18-1
  
  18.2PCI標的控制器 18-2
  
  18.3運動控制器硬體 18-6
  
  18.4多軸運動控制器軟體設計 18-8
  
  18.5運動控制器實證 18-10
  
  18.6結論 18-15
  
  
  
  第19章步進馬達之驅動與運動軌跡設計
  
  19.1簡介 19-1
  
  19.2步進馬達控制器方塊圖 19-1
  
  19.3軌跡規劃 19-2
  
  19.4DDA產生器 19-4
  
  19.5A/B相位脈波產生器 19-5
  
  19.6A/B脈波製作2相激磁法 19-8
  
  19.7微步進控制原理 19-8
  
  19.8微步進控制器設計例19-10
  
  19.9結論 19-11
  
  有限
  
  第20章遙控小馬達之位置控制器設計實例
  
  20.1簡介 20-1
  
  20.2位置命令信號讀取 20-2
  
  20.3馬達位置回授信號的讀取 20-5
  
  20.4直流馬達驅動電路 20-8
  
  20.5PID位置控制器 20-9
  
  20.6結論 20-12
  
  
  
  第21章工業控制器軟體設計技術
  
  21.1簡介 21-1
  
  21.2工業控制器各層軟體介紹 21-1
  
  21.3各層軟體內部細節介紹 21-3
  
  21.4位置控制器 21-7
  
  21.5軌跡規劃演算法 21-9
  
  21.6工具機工作指令集 21-16
  
  21.7刀具補正 21-17
  
  21.8遠程監控與資料分析 21-18
  
  21.9其它相關技術 21-19
  
  
  
  第22章機器人之發展與實例
  
  22.1機器人的發展與背景 22-1
  
  22.2影像測距模組於二足步行機器人之實現與應用 22-5
  
  22.3泛用型輪型機器人發展平台 - UBot 22-29
  
  
  
  第23章混合實境輪型機器人實作
  
  23.1前言 23-1
  
  23.2文獻回顧 23-2
  
  23.3系統架構 23-3
  
  23.4控制方程式 23-7
  
  23.5系統設計 23-8
  
  23.6定位與避障控制 23-12
  
  23.7人臉追隨 23-14
  
  23.8實驗結果 23-15
  
  23.9人臉追隨 23-20
  
  23.10結論 23-24
  
  
  
  第24章基材搬運機械臂點到點運動控制器設計
  
  24.1簡介 24-1
  
  24.2運動控制器硬體設計 24-3
  
  24.3數位PID控制器 24-8
  
  24.4S形曲線運動軌跡數位化設計 24-9
  
  24.5運動命令指令及人機界面 24-15
  
  24.6安全保護機制 24-21
  
  24.7結論 24-23
  
  
  
  第25章結合影像處理之機械臂運動控制系統及應用
  
  25.1簡介 25-1
  
  25.2FPGA晶片設計與規劃 25-4
  
  25.3電腦視覺與影像處理 25-8
  
  25.4實驗結果 25-11
  
  25.5結論 25-17
  
  
  
  第26章數位類比混合設計
  
  26.1數位訊號處理器發展與應用 26-1
  
  26.2類比技術的演進 26-6
  
  26.3脈波調變技術應用 26-10
  
  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 附-29