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第一章 导论 1

1-1 工业机器人及其产生和发展 1

一、工业机器人 1

二、工业机器人的产生和发展 2

1-2 工业机器人的组成 6

一、执行机构 7

二、驱动装置 8

三、控制系统 10

四、智能系统 10

1-3 工业机器人操作机的运动及自由度 11

一、直角坐标型 12

二、圆柱坐标型 12

三、球坐标型 13

四、关节型 13

1-4 工业机器人的分类和应用实例 14

一、工业机器人的分类 14

二、应用实例 16

第二章 位姿几何基础 31

2-1 刚体位姿的确定 31

一、确定刚体位姿的矩阵方法 31

二、位姿矩阵的几何意义 32

三、位姿矩阵的逆阵 36

2-2 多刚体之间的位姿关系 38

一、链式关系与位姿矩阵方程式 38

二、变换的左乘和右乘 40

2-3 两种重要的旋转矩阵 43

一、绕坐标轴旋转的旋转变换矩阵 43

二、绕任意轴旋转的旋转变换矩阵 43

2-4 姿态矩阵的欧拉角表示法 47

一、用绕流动坐标轴的转角为欧拉角的表示法 47

二、用绕基础坐标轴的转角为欧拉角的表示法 48

第三章 机器人位姿方程 51

3-1 操作机两杆间位姿矩阵的建立 51

一、连杆参数与位姿变量 51

二、确定两杆之间位姿矩阵的方法 53

三、五参数表示法及位姿矩阵 58

3-2 操作机位姿方程的正、逆解 59

一、开链操作机 60

二、带有闭链的操作机 76

第四章 工作空间 88

4-1 概述 88

一、基本概念 88

二、参考点极限位置的确定 90

三、关于工作空间的两个基本问题 91

4-2 工作空间的形成及确定工作空间的方法 91

一、形成 91

二、确定工作空间的方法 92

4-3 工作空间中的空洞和空腔 115

一、定义 115

二、空洞及空腔的形成条件 115

4-4 灵活性和灵活度 118

一、灵活性和灵活度 118

二、工具（或夹具）的预置位姿对机器人灵活度的影响 124

4-5 末杆位姿图 125

一、末杆位姿图 126

二、确定末杆位姿图的几何法 126

三、应用 128

第五章 速度、加速度、雅可比矩阵和微分变化 133

5-1 速度及加速度分析 133

一、向量在两相对转动坐标系中的求导 133

二、杆件之间的速度分析 135

三、杆件之间的加速度分析 139

5-2 雅可比矩阵及微分运动 142

一、雅可比矩阵 142

二、雅可比矩阵元素的计算 146

三、雅可比矩阵奇异问题 148

5-3 微分运动 150

一、关节坐标与直角坐标之间微分运动关系 151

二、直角坐标系之间的微分运动关系 154

第六章 轨迹规划 164

6-1 作业规划 164

一、设立坐标系，制订作业表 164

二、建立位姿矩阵（运动）方程，求T6im 168

6-2 关节坐标空间的轨迹规划 171

一、两点间的PTP规划 171

二、多点之间的PTP规划 173

6-3 直角坐标空间规划 179

一、连续路径（CP）规划的直接法 179

二、连续路径（CP）规划的驱动变换法 183

第七章 静力和动力分析 188

7-1 静力分析 189

一、杆件之间的静力传递 189

二、操作机的静力平衡 191

7-2 惯性参数计算 195

一、惯性参数计算公式 196

二、惯性参数测量方法 203

三、操作机惯性参数的“有限元计算” 204

7-3 基于牛顿－欧拉方程的动力学算法 206

一、引例 207

二、动力学方程及其各项的物理意义 210

三、递推算法 213

7-4 基于觊恩方程的动力学算法 214

一、凯恩动力学方程 215

二、基于凯恩方程的动力学算法 218

三、动力学方程符号推导示例 222

四、广义驱动力的归算问题 229

7-5 基于拉格朗日方程的动力学算法 230

一、拉格朗日方程 230

二、基于拉格朗日方程的动力学算法 233

7-6 动力学算法间的关系 239

第八章 机器人机构的误差分析 243

8-1 机器人机构的误差分析 243

一、机器人的机构模型 243

二、机器人机构的误差分析 245

8-2 机器人机构误差的概率分析 252

一、方差和协方差 252

二、随机误差和密度函数 254

8-3 机器人的动态误差 255

8-4 机器人机构误差的综合 258

一、目标函数 258

二、约束条件 259

8-5 机器人机构的误差曲线图 262

一、机器人机构的等误差曲线图 262

二、机器人机构的等概率误差曲线图 265

参考文献 266