第1章 緒 論 1

1.1 中國的早期機器人1

1.2 其他國家的早期機器人 2

1.3 現代機器人概念的起源2

1.4 現代機器人的發(fā)展3

1.5 現代機器人的定義4

1.6 機器人的研究內容5

1.7 機器人的應用 6

1.8 機器人的社會問題 9

習題一 10

第2章 機器人基礎 11

2.1 機器人概念與術語11

2.1.1 機器人的分類 11

2.1.2 機器人的特性 15

2.1.3 機器人的組成15

2.1.4 機器人的自由度17

2.1.5 機器人關節(jié)18

2.1.6 機器人的各種坐標系18

2.1.7 機器人的性能指標19

2.1.8 機器人的工作空間20

2.1.9 機器人的工作環(huán)境20

2.1.10 工業(yè)機器人的示教模式 21

2.1.11 機器人語言21

2.1.12 特種機器人的工作方式23

2.2 機器人機械基礎23

2.2.1 常見機械結構及其表示 23

2.2.2 機器人的傳動機構 25

2.2.3 機器人機座 31

2.2.4 機器人手臂 31

2.2.5 機器人手腕 34

2.2.6 機器人末端執(zhí)行器 37

2.3 數學基礎 46

2.3.1 矢量及其基本性質 46

2.3.2 矩陣代數和符號表示 47

2.3.3 角度計算的處理方法 52

習題二53

第3章 機器人運動學 55

3.1 位置與姿態(tài)的表示 55

3.1.1 位置描述 55

3.1.2 姿態(tài)描述 55

3.1.3 位姿描述 57

3.2 坐標變換 57

3.2.1 平移坐標變換 57

3.2.2 旋轉坐標變換 58

3.2.3 復合坐標變換 58

3.2.4 齊次坐標變換 60

3.3 齊次變換的一些性質 67

3.3.1 變換過程的相對性 67

3.3.2 變換過程的可逆性 69

3.3.3 聯體坐標系間變換過程的連續(xù)性 71

3.3.4 多個連續(xù)變換過程的封閉性 71

3.4 通用旋轉變換 72

3.4.1 通用旋轉變換公式 72

3.4.2 等效轉角與等效轉軸75

3.5 介紹幾種常見變換78

3.5.1 歐拉( Euler)角變換 78

3.5.2 橫滾、俯仰和偏轉變換 79

3.5.3 柱面坐標變換 80

3.5.4 球面坐標變換 80

3.6 幾種常見變換的逆解81

3.6.1 歐拉變換的解 81

3.6.2 橫滾、俯仰和偏轉變換的解 84

3.6.3 球面變換的解 85

3.7 機器人的連桿坐標系及其描述86

3.7.1 廣義連桿與廣義關節(jié) 86

3.7.2 機器人連桿參數87

3.7.3 機器人連桿坐標系89

3.7.4 機器人連桿變換矩陣 92

3.8 機器人運動學正解 93

3.8.1 連桿變換矩陣及其乘積 93

3.8.2 斯坦福機器人運動學正解 94

3.8.3 一種助老助殘機械手運動學正解 96

3.9 機器人運動學逆解 99

習題三 104

第4章 微分運動和速度 107

4.1 微分運動的意義 107

4.2 變換的微分 108

4.3 坐標系的微分運動 109

4.3.1 微分平移 109

4.3.2 繞坐標系軸線的微分旋轉 110

4.3.3 繞一般軸 f 的微分旋轉 111

4.3.4 坐標系的微分變換 113

4.4 微分變換的解釋 115

4.5 微分變換在不同坐標系間的相互轉換關系 117

4.6 連續(xù)變換表達式中的微分變換關系式121

4.7 笛卡兒空間微分與關節(jié)空間微分的關系 123

4.8 雅可比矩陣 124

4.8.1 機器人關節(jié)與機器人手部坐標系的微分運動 124

4.8.2 雅可比矩陣的意義 125

4.8.3 機器人雅可比矩陣的求法 127

4.8.4 雅可比矩陣的應用 129

4.9 雅可比矩陣求逆 134

習題四 141

第5章 運動軌跡規(guī)劃144

5.1 軌跡描述和生成 145

5.2 關節(jié)空間軌跡規(guī)劃法 147

5.2.1 3次多項式插值148

5.2.2 包括途經點的3次多項式插值 150

5.2.3 高次多項式插值152

5.2.4 其他軌跡規(guī)劃方法 158

5.3 直角坐標空間法168

5.4 軌跡的實時生成 170

5.4.1 關節(jié)空間軌跡的生成 170

5.4.2 直角坐標空間軌跡的生成 171

習題五 172

第6章 機器人動力學分析 173

6.1 達朗伯原理與虛位移原理 173

6.1.1 達朗伯原理 173

6.1.2 虛位移原理174

6.2 拉格朗日力學方法 180

6.2.1 動力學普遍方程 180

6.2.2 拉格朗日方程 181

6.3 一個簡單的例子 184

6.4 機器人動力學方程 188

6.4.1 機械手臂上一點的速度 188

6.4.2 動 能 189

6.4.3 勢 能 190

6.4.4 拉格朗日算子 190

6.4.5 動力學方程 191

6.4.6 動力學方程的簡化 192

習題六 200

第7章 機器人控制203

7.1 概 述 203

7.1.1 機器人控制的特點 203

7.1.2 機器人控制系統(tǒng)的組成 204

7.1.3 機器人的常用控制方法 205

7.2 機器人的示教再現207

7.2.1 示教內容208

7.2.2 示教過程210

7.2.3 機器人的離線編程技術 212

7.3 伺服系統(tǒng)的基本概念215

7.4 機器人的位置控制 218

7.4.1 單關節(jié)位置控制 218

7.4.2 多關節(jié)機器人的位置伺服控制 226

7.4.3 傳感器反饋控制 230

7.5 機器人的力控制234

7.5.1 機器人的力與力控制種類 234

7.5.2 阻尼力控制 237

7.5.3 相互力控制 239

習題七 243

第8章 智能機器人 245

8.1 智能機器人基礎知識 245

8.2 智能機器人系統(tǒng)的基本特征 246

8.3 智能機器人控制系統(tǒng)的基本結構 247

8.4 智能機器人的多信息特點248

8.4.1 多傳感器系統(tǒng)與信息融合 248

8.4.2 信息融合方法和融合模式249

8.5 智能機器人控制系統(tǒng)的主要功能特點 251

8.6 智能控制研究的數學工具 251

8.7 智能控制理論的主要內容及其在智能機器人控制中的應用 252

8. 8 智能機器人典型案例256

習題八261

第9章 機器人常用器件 262

9.1 驅動器及其系統(tǒng)特性 262

9.1.1 技術規(guī)格參數 262

9.1.2 剛度和柔性 263

9.1.3 減速器的應用263

9.1.4 驅動系統(tǒng)的比較 264

9.1.5 液壓驅動器 265

9.1.6 氣動驅動器267

9.1.7 電 機268

9.1.8 電機的微處理器控制274

9.1.9 磁致伸縮驅動器276

9.1.10 形狀記憶金屬277

9.1.11 電活性聚合物277

9.2 傳感器 278

9.2.1 傳感器特性 278

9.2.2 傳感器選擇279

9.2.3 傳感器的使用280

9.2.4 位置傳感器 280

9.2.5 速度傳感器283

9.2.6 加速度傳感器284

9.2.7 力和壓力傳感器285

9.2.8 力矩傳感器 286

9.2.9 可見光和紅外傳感器 286

9.2.10 接觸傳感器和觸覺傳感器 287

9.2.11 接近覺傳感器287

9.2.12 測距傳感器 290

9.2.13 嗅覺傳感器 291

9.2.14 味覺傳感器 291

習題九 292

參考文獻 293