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第1章 绪论 1

1.1中国的早期机器人 1

1.2其他国家的早期机器人 2

1.3现代机器人概念的起源 2

1.4现代机器人的发展 3

1.5现代机器人的定义 4

1.6机器人的研究内容 5

1.7机器人的应用 6

1.8机器人的社会问题 9

习题一 10

第2章 机器人基础 11

2.1机器人概念与术语 11

2.1.1机器人的分类 11

2.1.2机器人的特性 15

2.1.3机器人的组成 15

2.1.4机器人的自由度 17

2.1.5机器人关节 18

2.1.6机器人的各种坐标系 18

2.1.7机器人的性能指标 19

2.1.8机器人的工作空间 20

2.1.9机器人的工作环境 20

2.1.10工业机器人的示教模式 21

2.1.11机器人语言 21

2.1.12特种机器人的工作方式 23

2.2机器人机械基础 23

2.2.1常见机械结构及其表示 23

2.2.2机器人的传动机构 25

2.2.3机器人机座 31

2.2.4机器人手臂 31

2.2.5机器人手腕 34

2.2.6机器人末端执行器 37

2.3数学基础 46

2.3.1矢量及其基本性质 46

2.3.2矩阵代数和符号表示 47

2.3.3角度计算的处理方法 52

习题二 53

第3章 机器人运动学 55

3.1位置与姿态的表示 55

3.1.1位置描述 55

3.1.2姿态描述 55

3.1.3位姿描述 57

3.2坐标变换 57

3.2.1平移坐标变换 57

3.2.2旋转坐标变换 58

3.2.3复合坐标变换 58

3.2.4齐次坐标变换 60

3.3齐次变换的一些性质 67

3.3.1变换过程的相对性 67

3.3.2变换过程的可逆性 69

3.3.3联体坐标系间变换过程的连续性 71

3.3.4多个连续变换过程的封闭性 71

3.4通用旋转变换 72

3.4.1通用旋转变换公式 72

3.4.2等效转角与等效转轴 75

3.5介绍几种常见变换 78

3.5.1欧拉（Euler）角变换 78

3.5.2横滚、俯仰和偏转变换 79

3.5.3柱面坐标变换 80

3.5.4球面坐标变换 80

3.6几种常见变换的逆解 81

3.6.1欧拉变换的解 81

3.6.2横滚、俯仰和偏转变换的解 84

3.6.3球面变换的解 85

3.7机器人的连杆坐标系及其描述 86

3.7.1广义连杆与广义关节 86

3.7.2机器人连杆参数 87

3.7.3机器人连杆坐标系 89

3.7.4机器人连杆变换矩阵 92

3.8机器人运动学正解 93

3.8.1连杆变换矩阵及其乘积 93

3.8.2斯坦福机器人运动学正解 94

3.8.3一种助老助残机械手运动学正解 96

3.9机器人运动学逆解 99

习题三 104

第4章 微分运动和速度 107

4.1微分运动的意义 107

4.2变换的微分 108

4.3坐标系的微分运动 109

4.3.1微分平移 109

4.3.2绕坐标系轴线的微分旋转 110

4.3.3绕一般轴f的微分旋转 111

4.3.4坐标系的微分变换 113

4.4微分变换的解释 115

4.5微分变换在不同坐标系间的相互转换关系 117

4.6连续变换表达式中的微分变换关系式 121

4.7笛卡儿空间微分与关节空间微分的关系 123

4.8雅可比矩阵 124

4.8.1机器人关节与机器人手部坐标系的微分运动 124

4.8.2雅可比矩阵的意义 125

4.8.3机器人雅可比矩阵的求法 127

4.8.4雅可比矩阵的应用 129

4.9雅可比矩阵求逆 134

习题四 141

第5章 运动轨迹规划 144

5.1轨迹描述和生成 145

5.2关节空间轨迹规划法 147

5.2.1 3次多项式插值 148

5.2.2包括途经点的3次多项式插值 150

5.2.3高次多项式插值 152

5.2.4其他轨迹规划方法 158

5.3直角坐标空间法 168

5.4轨迹的实时生成 170

5.4.1关节空间轨迹的生成 170

5.4.2直角坐标空间轨迹的生成 171

习题五 172

第6章 机器人动力学分析 173

6.1达朗伯原理与虚位移原理 173

6.1.1达朗伯原理 173

6.1.2虚位移原理 174

6.2拉格朗日力学方法 180

6.2.1动力学普遍方程 180

6.2.2拉格朗日方程 181

6.3一个简单的例子 184

6.4机器人动力学方程 188

6.4.1机械手臂上一点的速度 188

6.4.2动能 189

6.4.3势能 190

6.4.4拉格朗日算子 190

6.4.5动力学方程 191

6.4.6动力学方程的简化 192

习题六 200

第7章 机器人控制 203

7.1概述 203

7.1.1机器人控制的特点 203

7.1.2机器人控制系统的组成 204

7.1.3机器人的常用控制方法 205

7.2机器人的示教再现 207

7.2.1示教内容 208

7.2.2示教过程 210

7.2.3机器人的离线编程技术 212

7.3伺服系统的基本概念 215

7.4机器人的位置控制 218

7.4.1单关节位置控制 218

7.4.2多关节机器人的位置伺服控制 226

7.4.3传感器反馈控制 230

7.5机器人的力控制 234

7.5.1机器人的力与力控制种类 234

7.5.2阻尼力控制 237

7.5.3相互力控制 239

习题七 243

第8章 智能机器人 245

8.1智能机器人基础知识 245

8.2智能机器人系统的基本特征 246

8.3智能机器人控制系统的基本结构 247

8.4智能机器人的多信息特点 248

8.4.1多传感器系统与信息融合 248

8.4.2信息融合方法和融合模式 249

8.5智能机器人控制系统的主要功能特点 251

8.6智能控制研究的数学工具 251

8.7智能控制理论的主要内容及其在智能机器人控制中的应用 252

8.8智能机器人典型案例 256

习题八 261

第9章 机器人常用器件 262

9.1驱动器及其系统特性 262

9.1.1技术规格参数 262

9.1.2刚度和柔性 263

9.1.3减速器的应用 263

9.1.4驱动系统的比较 264

9.1.5液压驱动器 265

9.1.6气动驱动器 267

9.1.7电机 268

9.1.8电机的微处理器控制 274

9.1.9磁致伸缩驱动器 276

9.1.10形状记忆金属 277

9.1.11电活性聚合物 277

9.2传感器 278

9.2.1传感器特性 278

9.2.2传感器选择 279

9.2.3传感器的使用 280

9.2.4位置传感器 280

9.2.5速度传感器 283

9.2.6加速度传感器 284

9.2.7力和压力传感器 285

9.2.8力矩传感器 286

9.2.9可见光和红外传感器 286

9.2.10接触传感器和触觉传感器 287

9.2.11接近觉传感器 287

9.2.12测距传感器 290

9.2.13嗅觉传感器 291

9.2.14味觉传感器 291

习题九 292

参考文献 293