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目录 1

前言 1

第一章 绪论 1

第一节 机器人由来与定义 1

§1.1 机器人由来 1

§1.2 机器人定义 1

第二节 机器人分类 2

§3.2 智能机器人技术展望 4

§3.1 机器人发展史 4

第三节 机器人发展与展望 4

第四节 机器人应用与未来 7

§4.1 机器人应用特点 7

§4.2 人类的未来伙伴 9

第二章 位形描述和空间变换 11

第一节 位形空间的描述 11

§1.1 位形空间和自由度 11

§1.2 齐次坐标 11

§1.3 位形描述与广义坐标 12

§1.4 框与框的描述 13

第二节 空间变换 13

§2.1 框映射 13

§2.2 坐标变换 14

§2.3 等效旋转变换 27

第三节 刚体运动的矩阵表示 30

§3.1 位形矩阵 30

§3.2 速度矩阵与加速度矩阵 30

§3.3 应用举例 32

第四节 关节空间与连杆描述 34

§4.1 关节与连杆 34

§4.2 连杆的描述 35

§4.3 关节空间与连杆变换 36

§4.4 实例 39

第三章 机械手运动学 42

第一节 正向运动学 42

§1.1 形态广义坐标求解 42

§1.3 实例 46

§1.2 位置广义坐标求解 46

§2.1 摄动齐次变换 50

第二节 摄动平移和摄动旋转 50

§2.2 摄动齐次变换的无序性 52

§2.3 摄动齐次变换的相对性 53

§2.4 摄动与雅可比矩阵 55

§2.5 实例 56

第三节 机械手摄动与空间表示 61

§3.1 机械手摄动与位形空间表示 61

§3.3 机械手摄动与伪雅可比矩阵 62

§3.2 机械手摄动与关节空间表示 62

§3.4 J阵和Ju阵 66

§3.5 实例 68

第四节 逆向运动学 69

§4.1 逆问题可解性 70

§4.2 解析算法 71

§4.3 逆雅可比矩阵 76

§4.4 数值解算法 80

§1.1 动力学建模一般算法 85

第四章 机械手动力学模型 85

第一节 牛顿-欧拉法建模原理 85

§1.2 牛顿-欧拉建模算法之一 88

§1.3 牛顿-欧拉建模算法之二 93

第二节 广义坐标建模原理 94

§2.1 达朗伯方程建模算法 94

§2.2 广义动静法建模与算法 96

第三节 拉格朗日方程建模原理 99

§3.1 建模原理与算法 99

§3.2 实例 104

第五章 机器人控制基础技术 112

第一节 机器人的基本结构 112

§1.1 关节结构和自由度 112

§1.2 关节配置 114

§1.3 手臂与抓手 115

第二节 检测技术 117

§2.1 测量传感器分类 117

§2.2 内部测量用传感器 118

§2.3 外部测量用传感器 122

第三节 伺服驱动技术 127

§3.1 伺服机构形式和分类 127

§3.2 电气伺服系统…………………………………………………………………………………？§3.3 电气-油压伺服系统………………………………………………………………………………？§3.4 气压伺服系统 141

第四节 定位技术 141

第五节 示教技术 142

第一节 工业机器人控制方式及其分类 144

§1.1 工业机器人控制方式 144

第六章 机器人控制 144

§1.2 工业机器人控制方式分类 146

第二节 机械手控制器模型 151

§2.1 位置控制器的建模 151

§2.2 控制器模型的分解 152

§2.3 机械手控制器 156

§2.4 力控制器建模 162

第三节 多关节机械手的控制 165

§3.1 多关节机械手 165

§3.2 多关节机械手位置计算 166

§3.3 人臂型机械手位置与手指方向的三维向量算法 169

§3.4 由手指位置方向求各关节角的算法 173

§3.5 输入手指移动速度的算法 176

第四节 机械操作手控制中几个重要问题 178

§4.1 结构频率与系统稳定性 178

§4.2 误差分析 180

§4.3 多杆操作手控制中耦合 185

§4.4 力矩伺服 186

§4.5 伺服系统的参数计算与采样频率 188

第七章 控制路径与规划系统 189

第一节 路径描述的一般问题 189

§1.1 路径与描述 189

§1.2 作业描述举例 190

第二节 关节空间的运动规划 190

§2.1 运动规划的约束条件 191

§2.2 多项式函数规划 192

§2.3 具有抛物线段的线性函数规划 195

§3.1 直角坐标空间的运动轨迹规划算法 198

第三节 直角坐标空间的运动轨迹规划 198

§3.2 应用举例 201

第四节 运行中运动轨迹的给定 203

§4.1 关节空间路径的形成 203

§4.2 直角坐标空间路径的形成 204

§4.3 动态规划的应用 204

第五节 机器人规划 206

§5.1 产生式系统 206

§5.2 STRIPS系统和“手段-目标”分析 211

§5.3 高级的规划生成系统 214

§5.4 分层规划 216

§5.5 学习系统和专家系统 217

第八章 机器人现代控制与计算机辅助技术 222

第一节 机器人现代控制技术 222

§1.1 动态控制 222

§1.2 解耦控制 224

§1.3 最优控制 226

§1.4 自适应控制 229

§1.5 模糊控制 236

§1.6 滑模控制 238

第二节 冗余控制与协调控制 241

§2.1 冗余机器人控制 241

§2.2 机器人协调控制 243

第三节 计算机系统及其辅助功能 245

§3.1 计算机系统构成与功能 245

§3.2 计算机直接控制 249

§3.3 机器人群控技术 252

§3.4 智能机器人 253

第四节 机器人仿真技术 254

§4.1 系统仿真 254

§4.2 动力学建模仿真算法 256

§4.3 机械手动力学仿真实例 262

§4.4 协调控制仿真实例 265

附录1 等效旋转变换原理 270

附录2 凯恩算式 275

思考与练习题 279

参考文献 288