機電整合控制 : 多軸運動設計與應用

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
2.5　S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
3.2　3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
8.2　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    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
15.3　PC-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
15.8　Embedded 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
18.2　PCI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
19.4　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　微步進控制原理    19-8
19.8　微步進控制器設計例19-10
19.9　結論    19-11
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
20.5　PID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
24.4　S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
25.2　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