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第1章 概述 1

1.1发展历史 1

1.2机器人元器件 2

1.2.1连杆 2

1.2.2关节 3

1.2.3机械手 4

1.2.4机械手腕 4

1.2.5末端执行器 4

1.2.6驱动器 5

1.2.7传感器 5

1.2.8控制器 5

1.3机器人的分类 5

1.3.1几何结构 5

1.3.2工作空间 7

1.3.3驱动 8

1.3.4控制 9

1.3.5应用 9

1.4机器人运动学、动力学、控制概述 9

1.4.1三元组 10

1.4.2单位矢量 11

1.4.3参考坐标系和坐标系统 11

1.4.4矢量函数 13

1.5机器人动力学问题 14

1.6主题预览 14

1.7机器人——多学科交叉的机器 15

1.8本章小结 15

习题 16

第Ⅰ部分 机器人运动学 21

第2章 旋转运动学 21

2.1绕全局直角坐标轴旋转 21

2.2绕全局直角坐标轴连续旋转 27

2.3全局翻滚角、俯仰角、偏航角 30

2.4绕局部直角坐标轴旋转 31

2.5绕局部直角坐标轴连续旋转 34

2.6欧拉角 35

2.7局部翻滚角、俯仰角、偏航角 43

2.8局部轴对全局轴旋转 44

2.9一般变换 46

2.10主动变换和被动变换 51

2.11本章小结 53

习题 54

第3章 定向运动学 62

3.1轴角旋转 62

3.2欧拉参数 70

3.3欧拉参数的确定 75

3.4四元数 77

3.5自旋张量与旋转张量 80

3.6表述旋转过程中的问题 82

3.6.1旋转矩阵 83

3.6.2角轴 84

3.6.3欧拉角 84

3.6.4四元数 85

3.6.5欧拉参数 87

3.7旋转的合成与分解 88

3.8本章小结 92

习题 93

第4章 运动的运动学 100

4.1刚体运动 100

4.2齐次变换 103

4.3逆齐次变换 109

4.4复合齐次逆变换 114

4.5螺旋坐标 121

4.6逆螺旋运动 134

4.7复合螺旋变换 136

4.8普吕克（Plucker）坐标 139

4.9线几何和面几何 144

4.9.1矢量矩 144

4.9.2角度和距离 145

4.9.3平面和线 145

4.10螺旋坐标和普吕克坐标 148

4.11本章小结 149

习题 150

第5章 正向运动学 158

5.1 D-H注释 158

5.2相邻两坐标系间的变换 164

5.3机器人正向位置运动学 177

5.4球形手腕 186

5.5组装运动学 194

5.6螺旋坐标变换 203

5.7非D-H法 207

5.8本章小结 212

习题 212

第6章 逆向运动学 222

6.1解耦技术 222

6.2逆变换技术 234

6.3迭代技术 246

6.4逆向运动技术比较 249

6.4.1解的存在性和唯一性 249

6.4.2逆向运动技术 250

6.5奇异配置 250

6.6本章小结 252

习题 252

第7章 角速度 260

7.1角速度矢量及其矩阵 260

7.2时间导数和坐标系 269

7.3刚体速度 276

7.4速度变换矩阵 280

7.5齐次变换矩阵的导数 286

7.6本章小结 292

习题 292

第8章 速度运动学 298

8.1刚性连杆速度 298

8.2正向速度运动学 302

8.3雅可比生成矢量 310

8.4逆向速度运动学 320

8.5本章小结 326

习题 326

第9章 运动学中的数值法 333

9.1线性代数方程 333

9.2矩阵求逆 343

9.3非线性代数方程 348

9.4 连杆变换矩阵中的雅可比矩阵 353

9.5本章小结 360

习题 360

第Ⅱ部分 机器人动力学 364

第10章 加速度运动学 364

10.1角加速度矢量和角加速度矩阵 364

10.2刚体加速度 371

10.3加速度变换矩阵 373

10.4正向加速度运动学 379

10.5反向加速度运动学 381

10.6 刚性连杆的递归加速度 385

10.7本章小结 391

习题 392

第11章 运动动力学 399

11.1力和力矩 399

11.2刚体移动动力学 403

11.3刚体旋转动力学 404

11.4惯性矩阵的质量矩 411

11.5牛顿运动方程的拉格朗日形式 419

11.6拉格朗日力学 425

11.7本章小结 429

习题 431

第12章 机器人动力学 437

12.1刚性连杆的牛顿-欧拉动力学 437

12.2递归牛顿-欧拉动力学 452

12.3机器人拉格朗日动力学 458

12.4 拉格朗日方程和连杆变换矩阵 474

12.5机器人静力学 482

12.6本章小结 487

习题 489

第Ⅲ部分 机器人控制 496

第13章 路径规划 496

13.1 三次方路径 496

13.2多项式路径 501

13.3非多项式路径规划 510

13.4基于关节路径规划的机械手运动 512

13.5笛卡儿坐标路径规划 514

13.6旋转坐标路径规划 518

13.7末端执行器路径的机械手运动 521

13.8本章小结 529

习题 530

第14章 时间最优控制 536

14.1最优时间与bang-bang控制 536

14.2浮动时间法 543

14.3机器人时间最优控制 549

14.4本章小结 553

习题 553

第15章 控制技术 557

15.1开环控制和闭环控制 557

15.2计算转矩控制 561

15.3线性控制技术 564

15.3.1比例控制 565

15.3.2积分控制 565

15.3.3微分控制 565

15.4传感与控制 567

15.4.1位置传感器 568

15.4.2速度传感器 568

15.4.3加速度传感器 568

15.5本章小结 569

习题 569

参考文献 572

附录 583

附录A 全局坐标系三重旋转 583

附录B局部坐标系三重旋转 584

附录C中心螺旋运动的三重组合旋转 585

附录D三角函数公式 586