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目录1

1 绪论1

1.1 机器人动力学的特点1

1.2 机器人动力学的研究方法2

1.3 数学工具和力学原理3

1.4 机器人动力学的研究动向3

2 牛顿—欧拉方程法5

2.1 牛顿—欧拉方程5

2.2 坐标系统和连杆参数及广义坐标8

2.3 坐标变换9

2.4 机构构形10

2.6 作用力和力矩11

2.5 运动关系11

2.7 迭代算法13

3 拉格朗日方程法15

3.1 拉格朗日方程15

3.2 齐次坐标在刚体力学中的应用15

3.3 动能17

3.4 位能19

3.5 4×4矩阵形式的动力学方程20

3.6 3×3矩阵形式的动力学方程22

4 高斯最小拘束原理法29

4.1 高斯原理29

4.2 速度矩阵和加速度矩阵及对加速度的约束条件31

4.3 力矩阵36

4.4 驱动元件和传动元件的惯性41

4.5 动力学与数学规划46

4.6 闭式动力学方程48

4.7 有效惯量和耦合惯量及重力项的简化50

5 凯恩方程法55

5.1 广义速率和偏速度及偏角速度55

5.2 凯恩动力学方程58

5.3 广义主动力58

5.4 广义惯性力60

5.5 应用凯恩方法建立机器人机构的动力学方程61

6 机器人机构的动力学模拟69

6.1 动力学模拟的拉格朗日乘子法69

6.2 操作运动的模拟85

6.3 其他动力学特性参数的计算94

6.4 控制综合及完整的动力学模型96

7 静力分析102

7.1 与作用力等效的广义力102

7.2 与操作力等效的广义力105

7.3 静力分析举例109

8 含弹性构件的机器人动力学115

8.1 机器人系统的弹性问题115

8.2 单弹性臂机构的建模116

8.3 考虑构件弹性的仿真计算128

附录139

附录 A 习题139

附录 B 上海Ⅲ号机器人的动力学设计和典型操作任务141

附录 C 上海Ⅰ号机器人机构动力学方程及动力学分析149

参考文献160