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第一章 绪论1

1—1 机器人与自动化1

1—2 机器人的应用范围3

1—3 机罪人学的研究方向5

1—4 工业机器人的设计、控制和编程9

参考文献12

第二章 机器人的机构13

2—1 操作臂的坐标形式与外形结构13

2—2 手腕的传动与结构15

2—3 手爪的型式和机构17

2—4 机器人结构的基本要求20

参考文献22

习题23

第三章 位姿描述和齐次变换24

3—1 概述24

3—2 刚体位姿的描述24

3—3 点的映射26

3—4 齐次坐标和齐次变换28

3—5 运动算子30

3—6 变换矩阵的运算32

3—7 变换方程35

3—8 欧拉角与RPY角36

3—9 旋转变换通式40

3—10 位姿的综合45

3—11 计算的复杂性46

3—12 自由矢量的变换47

参考文献48

习题48

第四章 操作臂运动学54

4—1 绪言54

4—2 连杆参数和关节变量54

4—3 连杆坐标系58

4—4 连杆变换和运动学方程59

4—5 XHK5140换刀机械手的运动学方程60

4—6 PUMA560机器人的运动学方程65

4—7 运动学反解70

4—8 PUMA560机器人的运动学反解70

4—9 三轴相交时的封闭解74

4—10 反解的存在性和唯一性75

4—11 驱动空间 关节空间和操作空间79

4—12 坐标系的规定81

参考文献82

习题83

第五章 微分运动与雅可比87

5—1 引例87

5—2 微分转动与角速度88

5—3 微分运动矢量与广义速度91

5—4 微分运动的等价坐标变换91

5—5 雅可比矩阵91

5—6 XHK5140换刀机械手的雅可比矩阵101

5—7 PUMA560机器人的雅可比矩阵103

5—8 逆雅可比矩阵和奇异性106

5—9 操作臂的灵巧度111

参考文献114

习题114

第六章 静力与变形118

6—1 绪言118

6—2 连杆的受力和平衡方程118

6—3 等效关节力和力雅可比121

6—4 对偶关系121

6—5 力和力矩的坐标变换122

6—6 确定负荷质量的方法124

6—7 刚度和柔度126

6—8 柔度矩阵的主变换128

参考文献129

习颢129

第七章 操作臂动力学131

7—1 引言131

7—2 拉格朗日动力学132

7—3 惯性张量和惯性矩阵135

7—4 操作臂的拉格朗日方程139

7—5 连杆运动的传递143

7—6 牛顿—欧拉递推动力学方程147

7—7 关节空间与操作空间动力学151

7—8 动力学性能指标153

7—9 动力学优化设计155

参考文献159

习题161

第八章 轨迹规划163

8—1 引言163

8—2 轨迹规划的一般性问题163

8—3 关节空间规划方法165

8—4 笛卡尔空间规划方法174

8—5 利用四元数进行直线轨迹规划181

8—6 笛卡尔空间规划的几何问题185

8—7 轨迹的实时生成186

8—8 基于动态模型的轨迹规划188

8—9 无碰撞路径规划189

参考文献195

习题196

第九章 操作臂的轨迹控制199

9—1 前言199

9—2 二阶线性系统控制规律的分解200

9—3 单关节的建模和控制205

9—4 操作臂的非线性控制213

9—5 操作臂的多关节控制217

9—6 实际问题219

9—7 工业机器人的控制系统221

9—8 PUMA560控制器的结构223

9—9 分解运动控制225

9—10 基于直角坐标的控制231

9—11 李亚普诺夫(Ляпунов)稳定性分析233

参考文献236

习题237

第十章 机器人的力控制241

10—1 概述241

10—2 约束运动与约束坐标系242

10—3 力的控制244

10—4 位置/力混合控制246

10—5 顺应控制和阻抗控制249

参考文献251

习题251

第十一章 冗余度机器人253

11—1 冗余度、冗余空间和奇异状态253

11—2 冗余度机器人的逆运动学254

11—3 改善灵活性的规划255

11—4 障碍物的躲避260

11—5 最佳动力学性能的规划263

11—6 动力学控制268

参考文献272

第十二章 协调控制275

12—1 概述275

12—2 双臂协调运动的约束关系275

12—3 双臂协调的关节力矩计算280

12—4 多指手爪的运动分析284

12—5 多指手爪的抓取规划和协调控制289

参考文献294

第十三章 自适应控制295

13—1 引言295

13—2 模型参考自适应控制(MRAC)295

13—3 自校正自适应控制(STAC)299

13—4 自适应扰动控制301

13—5 PD自适应控制303

13—6 自适应鲁棒性联合控制308

13—7 直角坐标空间自适应控制309

13—8 自适应阻抗控制312

13—9 自学习控制316

参考文献318

第十四章 机器人语言320

14—1 机器人语言的发展概况320

14—2 机器人语言的分类321

14—3 机器人语言的结构322

14—4 VAL语言325

14—5 AL语言330

14—6 机器人语言特有的问题337

参考文献338

第十五章 离线编程系统339

15—1 离线编程系统的一般要求340

15—2 离线编程系统的主要组成部分340

15—3 离线编程系统应用举例349

参考文献351