此書之目的即在提供機電整閤及機器人係統之運動控製的基本工作原理、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、以及人機介麵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係統整閤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。整閤高速電腦視覺處理的機電整閤及機器人係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製應用實例篇。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製的入門知識。第二部份為多軸機械臂運動控製的基礎理論介紹。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製係統的完整實例。為瞭全書內容的完整性，於本書附錄中詳細介紹運動控製係統常用之機電介麵。
本書特色
1.本書以實用的基本理論為基礎，以深入淺齣的方式介紹機電整閤係統多軸運動控製的基本知識與原理。
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閤係統之理論基礎。
3.本書涵蓋運動控製器設計與製作實例，諸如多軸伺服馬達運動控製係統、半導體設備控製係統、機械臂自動鑽骨控製係統以及機器人係統設計等。
具體描述
著者信息
圖書目錄
第一部份 運動控製基本原理
第1章 多軸運動控製器的基本原理
1.1 簡介 1-1
1.2 運動路徑產生器 1-3
1.3 梯形速度麯線規劃 1-6
1.4 路徑插值 1-7
1.5 位置脈波產生器 1-9
1.6 位置控製器 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 等速度麯線 2-1
2.2 梯形速度麯線 2-2
2.3 最短運動時間的梯形速度麯線 2-5
2.4 固定抵達時間的梯形速度麯線 2-6
2.5 S形速度麯線 2-10
2.6 PVT運動指令格式 2-16
2.7 梯形與S形速度麯線的程式撰寫技巧 2-18
2.8 其它點到點運動速度麯線 2-22
第3章 連續運動軌跡設計
3.1 簡介 3-1
3.2 3段PVT運動麯線 3-2
3.3 三次雲形麯線插值 3-6
3.4 均勻型基本雲形麯線 3-10
3.5 非均勻型基本雲形麯線 3-17
3.6 點到點速度麯線與連續運動麯線 3-24
3.7 圓弧插值 3-26
第4章 伺服控製係統分析與設計
4.1 簡介 4-1
4.2 直流伺服馬達控製係統之線性模式 4-2
4.4 穩定性與相對穩定 4-6
4.4 控製係統的性能與規格 4-8
4.5 穩態誤差分析 4-10
4.6 控製係統的靈敏度分析 4-12
4.7 控製係統的外部乾擾分析 4-13
4.8 控製係統的分析步驟 4-15
4.9 常用的控製器型式 4-21
4.10 控製係統設計 4-25
4.11 控製器數位化與實現 4-31
4.12 數位控製器的取樣時間 4-34
4.14 轉換數位控製器為控製程式 4-34
4.14 其他常見機電係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製器設計範例 5-33
第二部份 機器人運動控製基礎
第6章 機器人簡介
6.1 機器人簡介 6-1
6.2 機器人係統的組成 6-3
6.3 機械臂簡介 6-6
第7章 座標係統與齊次矩陣
7.1 直角座標係統與平移及鏇轉 7-1
7.2 連續鏇轉矩陣 7-3
7.3 齊次轉換 7-15
7.4 相機座標係統 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
8.2 DH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
10.3 Jacobian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
11.1 Lagrange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 機械臂控製
12.1 機械臂動態數學模型 12-1
12.2 機械臂PD控製器 12-7
12.3 機械臂可變結構滑動模式PID控製 12-9
12.4 基材搬運機械臂控製器設計例 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 13-7
13.5 二輪自行車機器人 13-8
13.6 移動機器人結閤影像係統例 13-11
第14章 二足步行機器人平衡及步行控製
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製 14-11
14.5 模擬結果 14-14
14.6 雙足機器人的運動自由度與緻動器個數 14-22
第三部份 機電整閤運動控製應用
第15章 機電整閤係統實現
15.1 選用PC-Based係統或Embedded係統 15-1
15.2 係統所需的即時性能分析 15-6
15.3 PC-Based係統架構的應用與設計 15-10
15.4 嵌入式係統架構的應用與設計 15-15
15.5 係統介麵分析與規劃 15-26
15.6 機電整閤係統程式開發 15-38
15.7 由PC-Based架構導入Embedded架構 －以骨骼鑽孔係統為例 15-43
15.8 Embedded 與PC-Based混閤架構 –機電係統實驗平颱建立 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製模組設計
16.1 前言 16-1
16.2 運動控製晶片架構設計 16-1
16.3 運動製控製晶片模組功能分析 16-3
16.4 控製模組實現 16-7
16.5 晶片整閤測試 16-11
16.6 結論 16-14
第17章 雙軸數位運動控製器設計
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 運動控製原理 17-7
17.5 實驗結果 17-20
17.6 結論 17-24
第18章 脈衝型數位運動控製器設計與製作
18.1 簡介 18-1
18.2 PCI標的控製器 18-2
18.3 運動控製器硬體 18-6
18.4 多軸運動控製器軟體設計 18-8
18.5 運動控製器實證 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 步進馬達控製器方塊圖 19-1
19.3 軌跡規劃 19-2
19.4 DDA產生器 19-4
19.5 A/B相位脈波產生器 19-5
19.6 A/B脈波製作2相激磁法 19-8
19.7 微步進控製原理 19-8
19.8 微步進控製器設計例19-10
19.9 結論 19-11
第20章 遙控小馬達之位置控製器設計實例
20.1 簡介 20-1
20.2 位置命令信號讀取 20-2
20.3 馬達位置迴授信號的讀取 20-5
20.4 直流馬達驅動電路 20-8
20.5 PID位置控製器 20-9
20.6 結論 20-12
第21章 工業控製器軟體設計技術
21.1 簡介 21-1
21.2 工業控製器各層軟體介紹 21-1
21.3 各層軟體內部細節介紹 21-3
21.4 位置控製器 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颱 - UBot 22-29
第23章 混閤實境輪型機器人實作
23.1 前言 23-1
23.2 文獻迴顧 23-2
23.3 係統架構 23-3
23.4 控製方程式 23-7
23.5 係統設計 23-8
23.6 定位與避障控製 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製器設計
24.1 簡介 24-1
24.2 運動控製器硬體設計 24-3
24.3 數位PID控製器 24-8
24.4 S形麯線運動軌跡數位化設計 24-9
24.5 運動命令指令及人機界麵 24-15
24.6 安全保護機製 24-21
24.7 結論 24-23
第25章 結閤影像處理之機械臂運動控製係統及應用
25.1 簡介 25-1
25.2 FPGA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 數位類比混閤設計
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 機電整閤係統常見的機電介麵 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
第1章 多軸運動控製器的基本原理
1.1 簡介 1-1
1.2 運動路徑產生器 1-3
1.3 梯形速度麯線規劃 1-6
1.4 路徑插值 1-7
1.5 位置脈波產生器 1-9
1.6 位置控製器 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 等速度麯線 2-1
2.2 梯形速度麯線 2-2
2.3 最短運動時間的梯形速度麯線 2-5
2.4 固定抵達時間的梯形速度麯線 2-6
2.5 S形速度麯線 2-10
2.6 PVT運動指令格式 2-16
2.7 梯形與S形速度麯線的程式撰寫技巧 2-18
2.8 其它點到點運動速度麯線 2-22
第3章 連續運動軌跡設計
3.1 簡介 3-1
3.2 3段PVT運動麯線 3-2
3.3 三次雲形麯線插值 3-6
3.4 均勻型基本雲形麯線 3-10
3.5 非均勻型基本雲形麯線 3-17
3.6 點到點速度麯線與連續運動麯線 3-24
3.7 圓弧插值 3-26
第4章 伺服控製係統分析與設計
4.1 簡介 4-1
4.2 直流伺服馬達控製係統之線性模式 4-2
4.4 穩定性與相對穩定 4-6
4.4 控製係統的性能與規格 4-8
4.5 穩態誤差分析 4-10
4.6 控製係統的靈敏度分析 4-12
4.7 控製係統的外部乾擾分析 4-13
4.8 控製係統的分析步驟 4-15
4.9 常用的控製器型式 4-21
4.10 控製係統設計 4-25
4.11 控製器數位化與實現 4-31
4.12 數位控製器的取樣時間 4-34
4.14 轉換數位控製器為控製程式 4-34
4.14 其他常見機電係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製器設計範例 5-33
第二部份 機器人運動控製基礎
第6章 機器人簡介
6.1 機器人簡介 6-1
6.2 機器人係統的組成 6-3
6.3 機械臂簡介 6-6
第7章 座標係統與齊次矩陣
7.1 直角座標係統與平移及鏇轉 7-1
7.2 連續鏇轉矩陣 7-3
7.3 齊次轉換 7-15
7.4 相機座標係統 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
8.2 DH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
10.3 Jacobian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
11.1 Lagrange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 機械臂控製
12.1 機械臂動態數學模型 12-1
12.2 機械臂PD控製器 12-7
12.3 機械臂可變結構滑動模式PID控製 12-9
12.4 基材搬運機械臂控製器設計例 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 13-7
13.5 二輪自行車機器人 13-8
13.6 移動機器人結閤影像係統例 13-11
第14章 二足步行機器人平衡及步行控製
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製 14-11
14.5 模擬結果 14-14
14.6 雙足機器人的運動自由度與緻動器個數 14-22
第三部份 機電整閤運動控製應用
第15章 機電整閤係統實現
15.1 選用PC-Based係統或Embedded係統 15-1
15.2 係統所需的即時性能分析 15-6
15.3 PC-Based係統架構的應用與設計 15-10
15.4 嵌入式係統架構的應用與設計 15-15
15.5 係統介麵分析與規劃 15-26
15.6 機電整閤係統程式開發 15-38
15.7 由PC-Based架構導入Embedded架構 －以骨骼鑽孔係統為例 15-43
15.8 Embedded 與PC-Based混閤架構 –機電係統實驗平颱建立 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製模組設計
16.1 前言 16-1
16.2 運動控製晶片架構設計 16-1
16.3 運動製控製晶片模組功能分析 16-3
16.4 控製模組實現 16-7
16.5 晶片整閤測試 16-11
16.6 結論 16-14
第17章 雙軸數位運動控製器設計
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 運動控製原理 17-7
17.5 實驗結果 17-20
17.6 結論 17-24
第18章 脈衝型數位運動控製器設計與製作
18.1 簡介 18-1
18.2 PCI標的控製器 18-2
18.3 運動控製器硬體 18-6
18.4 多軸運動控製器軟體設計 18-8
18.5 運動控製器實證 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 步進馬達控製器方塊圖 19-1
19.3 軌跡規劃 19-2
19.4 DDA產生器 19-4
19.5 A/B相位脈波產生器 19-5
19.6 A/B脈波製作2相激磁法 19-8
19.7 微步進控製原理 19-8
19.8 微步進控製器設計例19-10
19.9 結論 19-11
第20章 遙控小馬達之位置控製器設計實例
20.1 簡介 20-1
20.2 位置命令信號讀取 20-2
20.3 馬達位置迴授信號的讀取 20-5
20.4 直流馬達驅動電路 20-8
20.5 PID位置控製器 20-9
20.6 結論 20-12
第21章 工業控製器軟體設計技術
21.1 簡介 21-1
21.2 工業控製器各層軟體介紹 21-1
21.3 各層軟體內部細節介紹 21-3
21.4 位置控製器 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颱 - UBot 22-29
第23章 混閤實境輪型機器人實作
23.1 前言 23-1
23.2 文獻迴顧 23-2
23.3 係統架構 23-3
23.4 控製方程式 23-7
23.5 係統設計 23-8
23.6 定位與避障控製 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製器設計
24.1 簡介 24-1
24.2 運動控製器硬體設計 24-3
24.3 數位PID控製器 24-8
24.4 S形麯線運動軌跡數位化設計 24-9
24.5 運動命令指令及人機界麵 24-15
24.6 安全保護機製 24-21
24.7 結論 24-23
第25章 結閤影像處理之機械臂運動控製係統及應用
25.1 簡介 25-1
25.2 FPGA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 數位類比混閤設計
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 機電整閤係統常見的機電介麵 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
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