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引言1

第1篇 机器人学基础8

第1章 运动学8

1.1 概述8

1.2 位置与姿态表示8

1.3 关节运动学16

1.4 几何表示20

1.5 工作空间21

1.6 正向运动学21

1.7 逆向运动学23

1.8 正向微分运动学24

1.9 逆向微分运动学25

1.10 静力变换25

1.11 结论与扩展阅读25

参考文献26

第2章 动力学28

2.1 概述29

2.2 空间矢量记法30

2.3 正则方程35

2.4 刚体系统动力学模型36

2.5 运动树40

2.6 运动环46

2.7 结论与扩展阅读49

参考文献51

第3章 机构与驱动54

3.1 概述54

3.2 系统特征55

3.3 运动学与动力学56

3.4 串联机器人58

3.5 并联机器人59

3.6 机械结构61

3.7 关节机构62

3.8 机器人的性能67

3.9 结论与扩展阅读68

参考文献69

第4章 传感与估计71

4.1 感知过程72

4.2 传感器73

4.3 估计过程76

4.4 表示方法85

4.5 结论与扩展阅读86

参考文献87

第5章 运动规划89

5.1 运动规划的概念89

5.2 基于抽样的规划91

5.3 替代算法93

5.4 微分约束96

5.5 扩展与变化99

5.6 高级问题101

5.7 结论与扩展阅读104

参考文献104

第6章 运动控制108

6.1 运动控制简介109

6.2 关节空间与操作空间控制110

6.3 独立关节控制111

6.4 PID控制112

6.5 跟踪控制114

6.6 计算转矩控制116

6.7 自适应控制119

6.8 最优和鲁棒控制121

6.9 数字化实现124

6.10 学习控制126

参考文献127

第7章 力控制130

7.1 背景130

7.2 间接力控制132

7.3 交互作业137

7.4 力／运动混合控制142

7.5 结论与扩展阅读146

参考文献147

第8章 机器人体系结构与程序设计150

8.1 概述150

8.2 发展历程151

8.3 体系结构组件155

8.4 案例研究——GRACE160

8.5 机器人体系结构设计艺术162

8.6 结论与扩展阅读163

参考文献163

第9章 机器人智能推理方法167

9.1 知识表示与推理167

9.2 机器人的知识表示问题171

9.3 动作规划173

9.4 机器人学习177

9.5 结论与扩展阅读178

参考文献179

第2篇 机器人结构184

第10章 性能评价与设计标准184

10.1 机器人设计流程184

10.2 工作空间标准185

10.3 灵巧性指标188

10.4 其他性能指标191

参考文献194

第11章 运动学冗余机械臂196

11.1 概述196

11.2 面向任务的运动学198

11.3 微分逆运动学200

11.4 冗余度求解的优化法204

11.5 冗余度求解的任务增广法205

11.6 二阶冗余度求解207

11.7 循环性208

11.8 超冗余机械臂208

11.9 结论与扩展阅读211

参考文献212

第12章 并联机器人215

12.1 定义215

12.2 并联机构的型综合216

12.3 运动学217

12.4 速度和精度分析218

12.5 奇异分析219

12.6 工作空间分析220

12.7 静力学分析和静平衡221

12.8 动力学分析222

12.9 设计222

12.10 应用实例223

12.11 结论与扩展阅读223

参考文献223

第13章 具有柔性元件的机器人228

13.1 具有柔性关节的机器人228

13.2 具有柔性连杆的机器人244

参考文献252

第14章 模型识别255

14.1 概述255

14.2 运动学标定257

14.3 惯性参数估计262

14.4 可辨识性和数值调整265

14.5 结论与扩展阅读270

参考文献271

第15章 机器人手273

15.1 基本概念273

15.2 机器人手的设计274

15.3 驱动与传感技术278

15.4 机器人手的建模与控制280

15.5 应用与发展趋势283

15.6 结论与扩展阅读284

参考文献284

第16章 有腿机器人286

16.1 历史概述286

16.2 周期性行走的分析288

16.3 采用正动力学的双足机器人控制290

16.4 采用ZMP方法的双足机器人294

16.5 多腿机器人299

16.6 其他的有腿机器人304

16.7 性能指标305

16.8 结论与未来发展趋势307

参考文献307

第17章 轮式机器人310

17.1 概述310

17.2 轮式机器人的移动性311

17.3 轮式移动机器人的状态空间模型316

17.4 轮式机器人的结构特性319

17.5 轮式机器人的结构321

17.6 结论325

参考文献325

第18章 微型和纳米机器人326

18.1 概述326

18.2 规模328

18.3 微米-纳米级上的驱动器329

18.4 微米-纳米级上的传感器330

18.5 制造332

18.6 微装配334

18.7 微型机器人技术339

18.8 纳米机器人技术342

18.9 结论351

参考文献352