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第1章 机器人系统概述1

1.1 引言1

1.2 机器人系统工作原理3

1.2.1 机器人的分类3

1.2.2 机器人的结构形式5

1.2.3 机器人系统工作原理14

1.3 机器人的设计、控制与编程16

1.3.1 机器人系统的设计16

1.3.2 控制与编程18

1.4 机器人的新发展与发展趋势19

第2章 刚体的转动和旋转变换22

2.1 引言22

2.2 矩阵与线性变换22

2.2.1 矩阵22

2.2.2 线性变换23

2.2.3 叉乘矩阵26

2.3 投影与镜像变换27

2.4 刚体的旋转29

2.4.1 旋转矩阵的性质29

2.4.2 旋转矩阵的推导31

2.4.3 旋转的指数表示33

2.4.4 旋转的欧拉角34

2.4.5 旋转的欧拉-罗德里格斯参数35

2.4.6 旋转和映像的合成37

2.5 坐标变换和齐次变换38

2.5.1 两个坐标系之间的坐标旋转变换38

2.5.2 原点移动的坐标变换39

2.5.3 齐次坐标39

2.6 相似变换和不变量概念43

2.6.1 相似变换43

2.6.2 不变量的概念45

2.6.3 旋转的线性不变量47

第3章 刚体的运动学与力学基础50

3.1 引言50

3.2 一般刚体运动及其螺旋51

3.2.1 直线的Plücker坐标51

3.2.2 刚体运动的螺旋54

3.2.3 刚体的姿态57

3.3 刚体的一般瞬时运动与速度分析58

3.3.1 刚体绕固定点的旋转58

3.3.2 刚体的运动的速度分析59

3.3.3 刚体运动的瞬时螺旋60

3.3.4 刚体的运动旋量62

3.4 刚体运动的加速度分析64

3.5 固定在移动坐标系下刚体的速度和加速度分析66

3.6 刚体的静力分析68

3.7 刚体动力学方程71

3.7.1 动量、动量矩和动能71

3.7.2 牛顿-欧拉方程74

3.7.3 凯恩方程75

第4章 串联机器人操作手运动静力学81

4.1 引言81

4.2 D-H表示方法81

4.3 6R操作手运动学87

4.4 解耦操作手逆运动学问题91

4.4.1 定位问题91

4.4.2 定向问题103

4.5 串联操作手的速度分析107

4.5.1 解耦操作手的速度分析107

4.5.2 解耦操作手的奇异位形分析111

4.5.3 操作手工作空间114

4.6 串联操作手的加速度分析117

4.7 串联操作手的静力学分析119

4.8 可操作性和灵巧度与运动灵巧性指标120

4.8.1 操作手定位124

4.8.2 操作手的定向125

4.8.3 操作手的定位和定向125

第5章 串联机器人操作手动力学130

5.1 引言130

5.2 逆向和前向动力学130

5.3 多体系统动力学的基本原理131

5.3.1 术语和基本概念131

5.3.2 串联操作手的欧拉-拉格朗日方程132

5.4 递归逆向动力学135

5.4.1 运动学计算：外向递归135

5.4.2 动力学计算：内向递归138

5.5 机器人动力学中的自然正交补142

5.5.1 约束方程和运动旋量形关系的推导145

5.5.2 非惯性基座杆件149

5.6 操作手前向动力学149

5.7 重力合并到动力学方程154

5.8 耗散力模型154

第6章 轨迹规划157

6.1 引言157

6.2 插补方式分类与轨迹控制158

6.3 拾放操作与点到点控制的轨迹规划160

6.3.1 多项式插值161

6.3.2 摆线插值164

6.3.3 通过中间位姿的轨迹165

6.4 用三次样条对拾放作业综合166

6.5 曲线方向的表示方法169

6.6 参数路径的表示174

第7章 复杂机器人机械系统运动学186

7.1 引言186

7.2 一般6转动关节机械手的运动学逆问题186

7.2.1 预备知识187

7.2.2 双变量方程方法197

7.2.3 单变量多项式方法199

7.2.4 解的数值条件作用206

7.2.5 其他关节角的计算207

7.2.6 计算实例210

7.3 并联操作手运动学214

7.3.1 并联操作手的速度和加速度分析225

7.4 轮式机器人230

7.4.1 传统车轮机器人230

7.4.2 全方位轮式机器人235

第8章 复杂机器人机械系统动力学239

8.1 引言239

8.2 机器人机械系统的动力学上的分类239

8.3 完整系统动力学模型的结构240

8.4 并联操作手动力学242

8.5 轮式机器人动力学250

8.5.1 传统车轮机器人251

8.5.2 全方位轮式机器人259

第9章 机器人的运动控制267

9.1 控制器与控制方法267

9.1.1 运动控制与动态控制267

9.1.2 机器人的控制器268

9.1.3 控制性能要求272

9.2 多关节机器人的控制273

9.2.1 位置伺服控制274

9.2.2 速度控制275

9.2.3 加速度控制275

9.2.4 计算力矩控制276

9.3 线性化模型设计机器人控制器方法277

9.4 机器人手臂的自适应控制280

9.4.1 机器人状态方程280

9.4.2 模型参考自适应控制281

9.4.3 自校正自适应控制283

9.4.4 基于机器人特性的自适应控制284

9.5 学习控制285

9.6 典型机器人控制系统288

第10章 机器人的力控制291

10.1 引言291

10.2 作业约束与力控制292

10.3 机器人的触觉系统与腕力传感器294

10.4 机器人的阻抗控制297

10.5 机器人的顺应控制300

10.6 机器人的位置和力混合控制302

参考文献305