本书用于在我国“新工科”教育改革的背景下，面向智能制造相关专业，特别是交互型共融机器人领域，培养先进机器人设计基础理论与实践相结合的创新型人才，旨在推动我国共融机器人技术的发展和进步。 本书主要介绍与人交互或与环境交互的机器人智能柔顺关节驱动设计方法与控制技术，以当前协作机器人柔顺交互技术为切入点，给出了具有机械柔顺的新型非线性刚度柔顺驱动器设计的理论与方法，分别介绍了基于扭簧的非线性刚度驱动器、基于多段梁的非线性刚度驱动器、基于滚子-凸轮机构的非线性柔顺驱动器以及无滚子凸轮柔顺驱动器等的设计方法，并给出了驱动器的柔顺控制方法和基于非线性刚度驱动器的三关节机器人的设计与控制方法。本书给出了理论推导、仿真验证、实验介绍等从抽象到具体的机器人智能柔顺关节驱动设计方法和控制技术。 本书可为从事机器人研究的工程技术人员提供参考，同时也可作为高等院校相关专业本科生及研究生学习的资料。

第1章 绪论
1.1 背景和意义
1.2 柔顺驱动器国内外发展现状
1.3 关于交互的理解与非线性刚度柔顺驱动器的提出
1.4 本书主要内容
参考文献
第2章 非线性刚度驱动器最优刚度分析
2.1 非线性刚度驱动器最优刚度设计
2.1.1 驱动器连续时间内的刚度离散化模型
2.1.2 离散化刚度的非线性刚度驱动器的动力学模型
2.1.3 综合性能评价指标PRI
2.1.4 非线性刚度驱动器控制带宽分析
2.1.5 非线性刚度驱动器力矩分辨力分析
2.1.6 最优刚度设计
2.2 非线性刚度驱动器最优刚度计算
2.2.1 最优刚度的数值求解算法
2.2.2 最优刚度控制性能分析
2.2.3 具有最优刚度的非线性刚度驱动器控制性能实验验证
参考文献
第3章 基于扭簧的非线性刚度驱动器设计
3.1 基于扭簧的非线性刚度驱动器原理
3.1.1 非线性刚度机构设计
3.1.2 双向对称刚度机构设计
3.2 非线性刚度机构关键构件轮廓线及参数设计计算
3.2.1 凸轮有效轮廓曲线设计计算
3.2.2 非线性刚度机构关键参数优化设计
3.3 非线性刚度驱动器样机设计及刚度特性验证
3.3.1 驱动器样机主体结构设计
3.3.2 驱动器关键部件的设计与选型
3.3.3 驱动器刚度特性仿真与实验验证
3.3.4 与其他驱动器规格对比
3.4 非线性刚度驱动器动力学建模及控制性能测试
3.4.1 驱动器动力学建模
3.4.2 驱动器控制系统搭建
3.4.3 力矩阶跃响应实验
3.4.4 正弦力矩跟踪实验
参考文献
第4章 基于多段梁的非线性刚度柔顺元件设计
4.1 柔性梁非线性刚度分析模型
4.1.1 概述
4.1.2 链式算法
4.1.3 伪刚体2R模型
4.1.4 基于伪刚体2R模型的链式算法
4.2 面向非线性刚度驱动器的柔顺元件刚度分析
4.2.1 柔顺元件刚度分析模型
4.2.2 柔顺元件刚度仿真验证
4.2.3 非线性刚度产生机理分析
4.3 基于多段梁的非线性刚度柔顺机构设计
4.3.1 多段梁结构参数设计
4.3.2 基于多段梁的柔顺机构设计实例
4.3.3 柔顺元件刚度特性实验验证
参考文献
第5章 基于滚子-凸轮悬臂梁机构的非线性刚度柔顺驱动器
5.1 基于滚子-凸轮悬臂梁机构的非线性刚度柔顺机构设计
5.1.1 弹性元件拓扑设计
5.1.2 非线性刚度形成原理
5.2 非线性刚度驱动器弹性元件设计和仿真验证
5.2.1 驱动器弹性元件设计
5.2.2 弹性元件的有限元仿真验证
5.3 非线性刚度驱动器结构设计和样机设计
5.3.1 结构设计
5.3.2 驱动器关键零部件选型
5.3.3 驱动器样机设计
5.4 非线性刚度驱动器给定刚度仿真与实验验证
5.5 非线性刚度驱动器控制性能分析
5.5.1 驱动器力矩控制性能分析
5.5.2 驱动器与不同刚度的串联弹性驱动器性能对比
5.5.3 驱动器安全性能分析
参考文献
第6章 基于滚子-凸轮板簧机构的非线性刚度驱动器控制策略
6.1 非线性刚度驱动器控制策略
6.1.1 位置控制策略及验证
6.1.2 力矩控制策略及验证
6.1.3 阻抗控制策略及验证
6.2 非线性刚度驱动器消除外界干扰的补偿算法
6.2.1 基于力矩模型的状态方程
6.2.2 干扰观测器建立
6.2.3 李雅普诺夫稳定性分析
6.2.4 干扰观测器实验验证
6.3 非线性刚度驱动器消除弹性元件迟滞的补偿算法
6.3.1 基于阻抗模型的状态方程
6.3.2 基于Bouc-wen模型的算法原理
6.3.3 李雅普诺夫稳定性分析
6.3.4 消除迟滞模型实验验证
6.4 非线性刚度驱动器参数自动调节反馈控制器设计
6.4.1 经典PD反馈控制的局限性
6.4.2 参数自动调节反馈控制器设计
6.4.3 参数自动调节反馈控制器性能分析
6.4.4 参数自动调节反馈控制器实验验证
参考文献
第7章 基于无滚子凸轮机构的非线性刚度驱动器设计
7.1 非线性刚度驱动器原理
7.1.1 非线性弹性机构构型设计
7.1.2 凸轮轮廓线设计
7.2 非线性弹性机构设计参数分析和选取
7.2.1 设计参数分析
7.2.2 设计参数选取
7.3 非线性弹性机构摩擦力分析
7.3.1 滑动距离分析
7.3.2 滑动摩擦力能耗分析
7.4 非线性刚度驱动器样机设计及刚度特性验证
7.4.1 驱动器机械结构设计
7.4.2 驱动器刚度特性仿真及实验验证
7.5 非线性刚度驱动器控制性能实验测试
7.5.1 正弦力矩跟踪和位置跟踪性能实验测试
7.5.2 零力矩跟踪性能实验测试
参考文献
第8章 基于非线性刚度驱动的柔性机器人设计与控制
8.1 三自由度柔性机器人设计
8.1.1 柔性机器人系统设计与运动分析
8.1.2 柔性机器人样机设计和硬件系统搭建
8.2 基于扩展卡尔曼滤波的柔性机器人末端轨迹控制
8.2.1 机器人模型和动力学方程
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