本书主要介绍修复打磨用的移动机械手的相关内容，对打磨机器人的机构、控制策略、运动学、动力学、操作力控制等方面进行了分析。本书有以下几大特色：
（1）内容层次清晰，系统完整
首先对修复打磨用的移动机械手进行了介绍，然后对打磨机器人的机构、控制策略、运动学、动力学、操作力控制等方面进行了详细介绍。内容丰富，体系完整。
（2）以生产实际为依托，实用性强
以面向风力发电机叶片打磨加工的移动机械手控制策略为研究对象，分析了面向大型工件加工的机器人结构特点以及控制策略，研究内容具有一定的理论价值和实际应用价值。
（3）展望新技术，指明发展思路
所介绍的内容能反映出移动机械手加工大型工件的过程控制新理论，具有很强的针对性，为以后相关研究指明了发展新思路。

本书针对用于风机叶片修复打磨的移动机械手进行了理论研究。对打磨机器人的机构、控制策略、运动学、动力学、操作力控制等进行了理论分析。确定了用于风机叶片修复打磨的机器人的机构方案；对打磨机器人的动力学和耦合特性进行了理论分析和仿真研究；分析了打磨机器人的打磨控制策略；基于阻抗控制策略，设计了叶片打磨过程的控制模型，完成了仿真实验的研究。本书内容丰富，理论性强，能反映包括风机叶片在内的大型工件打磨机器人技术的研究进展，具有很强的针对性。
本书既可以作为高等院校相关专业研究生和高年级本科生的教材，也可以作为从事大型工件加工机器人和移动机械手研发的技术人员的参考用书。

第1章　绪论 1
　1.1　打磨机器人概述 1
　1.2　风机叶片的结构及制造工艺 2
　　1.2.1　风机叶片的结构设计 2
　　1.2.2　风机叶片的材料选择 3
　　1.2.3　风机叶片的制造工艺 4
　1.3　移动机械手的研究概述 6
　　1.3.1　移动机械手的组成与特点 6
　　1.3.2　移动机械手的国内外研究状况 7
　　1.3.3　移动机械手技术在机械加工中的应用 10
　1.4　移动机械手的关键技术 12
　　1.4.1　移动机械手的运动规划 12
　　1.4.2　移动机械手的协调控制 13
　　1.4.3　移动机械手的力控制 15
　1.5　本书的主要内容 17

第2章　打磨机器人的总体方案 19
　2.1　叶片打磨原理 19
　　2.1.1　叶片打磨方法 19
　　2.1.2　砂轮位姿分析 20
　2.2　打磨系统方案 21
　　2.2.1　系统方案分析 21
　　2.2.2　打磨机器人的结构方案 24
　2.3　打磨机器人的控制策略 25
　　2.3.1　叶片维护的工艺流程 25
　　2.3.2　机器人控制策略分析 25

第3章　打磨机器人的运动分析 32
　3.1　移动平台运动学分析 32
　　3.1.1　微分几何非线性控制理论 32
　　3.1.2　非完整系统描述 34
　　3.1.3　移动平台的运动学模型 35
　　3.1.4　移动平台的可控性分析 38
　3.2　打磨机器人运动学分析 38
　　3.2.1　机械手的正运动学模型 38
　　3.2.2　打磨机器人的正运动学模型 40
　　3.2.3　打磨机器人的运动约束方程 42
　　3.2.4　打磨机器人的冗余特性 43
　　3.2.5　打磨机器人的逆运动学分析 44
　　3.2.6　打磨机器人的工作空间 46
　3.3　叶片的结构及参数 48
　3.4　打磨机器人的轨迹规划 50

第4章　打磨机器人的动力学分析 54
　4.1　移动机械手的动力学模型 54
　4.2　子系统动力学模型 59
　　4.2.1　移动平台动力学模型 60
　　4.2.2　机械手动力学模型 62
　4.3　机器人系统的耦合特性分析 62
　　4.3.1　机器人机构仿真模型 63
　　4.3.2　耦合力对子系统的影响分析 64
　4.4　基于整体动力学的控制分析 66
　　4.4.1　控制律的设计 67
　　4.4.2　仿真分析 71

第5章　打磨机器人的控制策略 74
　5.1　自由运动状态轨迹跟踪控制 74
　　5.1.1　移动平台的反步跟踪控制 75
　　5.1.2　机械手的比例微分加前馈补偿控制 79
　　5.1.3　仿真分析 81
　5.2　接触作业状态的操作力控制 84
　　5.2.1　主动柔顺控制 84
　　5.2.2　阻抗控制的实现方法 87
　　5.2.3　操作力的阻抗控制 89
　　5.2.4　仿真分析 91

第6章　风机叶片打磨作业的仿真实验 94
　6.1　作业系统坐标系的建立 94
　　6.1.1　环境坐标系的建立 94
　　6.1.2　砂轮相对叶片的位姿描述 95
　　6.1.3　叶片相对机器人基坐标系的位姿描述 96
　　6.1.4　机械手的关节速度 97
　6.2　磨削力的分析 98
　6.3　叶片打磨过程的控制模型 99
　6.4　仿真实验 101

参考文献 114

叶片是风力发电机的重要部件之一,对叶片进行打磨再加工是恢复其表面质量的常用方法,应用机器人进行风机叶片的修复打磨具有加工质量高、加工成本低、有效降低作业强度和粉尘危害的特点,是把作业人员从高污染、大劳动强度的作业环境中解放出来的有效方法。风机叶片尺寸巨大,风机叶片打磨机器人需采用移动机械手结构。针对风机叶片修复打磨的特点和要求,本书提出：在移动机械手的末端安装上打磨工具,构成用于风机叶片修复的移动式打磨机器人。
本书分析和确定了移动式风机叶片打磨机器人的结构方案,建立了打磨机器人的分层递阶控制结构,确定了机器人自由运动状态和末端接触作业状态下的控制策略；建立了机械手的SimMechanics机构模型,通过仿真分析,获得了机器人的工作空间,验证了所设计的机器人机构的合理性,并进行了打磨机器人末端执行器的轨迹规划；研究了打磨机器人的控制策略,建立了基于反步控制的移动平台速度控制器,在此基础上设计了实现移动平台动力学稳定收敛的控制器,设计了机械手系统的比例微分加前馈补偿的控制器,针对移动平台和机械手之间存在的动力学耦合,各控制器中均进行了补偿；分析比较了主动柔顺控制中的力/位混合控制和阻抗控制两种策略,确定了阻抗控制作为打磨机器人操作力的控制策略,建立了打磨机器人的阻抗控制器,并进行了仿真分析,为叶片打磨过程中操作力的控制奠定了理论基础;建立了叶片打磨作业系统坐标系,推导了叶片相对机器人基坐标系的位姿描述和机械手关节速度描述；分析了磨削力大小的影响因素；建立了叶片打磨过程的控制模型,基于SolidWorks、ADAMS和Matlab/Simulink,建立了打磨机器人作业过程的协同仿真平台,进行了打磨作业的仿真实验,结果验证了所设计的打磨机器人及其控制系统的可行性。
在本书完成之际,衷心感谢各位学术前辈和同行的帮助,特别感谢哈尔滨工程大学张立勋教授的关心和指导。感谢工作单位哈尔滨商业大学领导及同事的支持和帮助,感谢黑龙江省高校首批“新工科”研究与实践项目、哈尔滨商业大学博士科研启动基金项目的资助。
由于作者学识和研究水平有限,书中难免有疏漏和不足之处,敬请读者批评指正。

著者