机器人操作的数学导论PDF电子书下载

第一章 绪论 1

1 历史回顾 1

2 多指手和灵巧操作 4

3 本书概述 7

3.1 单机器人操作 8

3.2 多指机器人手的协调操作 8

3.3 机器人系统的非完整约束 9

4 文献说明 10

第二章 刚体运动 11

1 刚体变换 11

2 三维空间中的旋转运动 13

2.1 旋转矩阵的性质 13

2.2 旋转的指数坐标 16

2.3 其他表示法 18

3 三维空间中的刚体运动 21

3.1 齐次坐标表示法 22

3.2 刚体运动的指数坐标和运动旋量 24

3.3 旋量：运动旋量的几何表示 28

4 刚体速度 31

4.1 转动速度 31

4.2 刚体速度 33

4.3 旋量运动的速度 36

4.4 坐标变换 36

5 力旋量和对偶旋量 38

5.1 力旋量 38

5.2 力旋量的旋量坐标 40

5.3 对偶旋量 42

6 小结 44

7 文献说明 46

8 习题 46

第三章 机器人运动学 51

1 概述 51

2 运动学正解 52

2.1 问题的描述 52

2.2 指数积公式 53

2.3 机器人的运动旋量参数表示 58

2.4 机器人的工作空间 61

3 运动学逆解 63

3.1 一个平面例子 63

3.2 Paden-Kahan子问题 64

3.3 利用子问题求解运动学逆问题 67

3.4 运动学逆解问题的一般解法 70

4 机器人的雅可比矩阵 76

4.1 末端执行器的速度 76

4.2 末端执行器的作用力 80

4.3 奇异性 82

4.4 可操作性 84

5 冗余度机器人和并联机器人 85

5.1 冗余度机器人 85

5.2 并联机器人 87

5.3 四连杆机构 89

5.4 Stewart平台 92

6 小结 95

7 文献说明 96

8 习题 96

第四章 机器人动力学及控制 102

1 概述 102

2 拉格朗日方程 103

2.1 基本公式 103

2.2 刚体的惯性 105

2.3 实例：两杆平面机器人的动力学 107

2.4 刚体的牛顿-欧拉方程 108

3 开链机器人动力学 110

3.1 开链机器人的拉格朗日函数 110

3.2 开链机器人的运动方程 111

3.3 机器人动力学和指数积公式 115

4 李亚普诺夫（Lyapunov）稳定性理论 118

4.1 基本定义 118

4.2 李亚普诺夫直接法 120

4.3 李亚普诺夫间接法 121

4.4 实例 122

4.5 李亚普诺夫不变原理 124

5 位置控制与轨迹跟踪 125

5.1 问题描述 125

5.2 计算力矩 126

5.3 PD控制 127

5.4 工作空间控制 129

6 有约束机器人的控制 132

6.1 约束系统的动力学 132

6.2 有约束机器人的控制 133

6.3 实例：沿滑槽运动的平面机器人 134

7 小结 135

8 文献说明 136

9 习题 137

第五章 多指手运动学 139

1 抓取概述 139

2 抓取静力学 140

2.1 接触模型 140

2.2 抓取映射 144

3 力封闭 146

3.1 有关定义 146

3.2 构成力封闭的条件 147

4 抓取规划 151

4.1 所需接触数目的范围 151

4.2 构成力封闭抓取 152

5 抓取约束 154

5.1 手指运动学 154

5.2 多指抓取的性质 156

5.3 实例：两个SCARA手指抓取盒子 158

6 滚动接触运动学 161

6.1 曲面模型 161

6.2 接触运动学 165

6.3 滚动抓取运动学 169

7 小结 170

8 文献说明 171

9 习题 172

第六章 机器人手的动力学及控制 176

1 有约束的拉格朗日方程 176

1.1 Pfaffian约束 176

1.2 拉格朗日乘子 178

1.3 拉格朗日-达朗伯方程 179

1.4 非完整约束的性质 182

2 机器人手的动力学 183

2.1 公式推导及有关性质 183

2.2 内力 185

2.3 其他机器人系统 186

3 冗余度机器人系统和不可操作机器人系统 189

3.1 冗余度机器人的动力学 189

3.2 不可操作抓取 192

3.3 实例：两个SCARA手指的抓取 193

4 腱驱动的运动学和静力学 194

4.1 无弹性腱 194

4.2 弹性腱 196

4.3 腱驱动手指的分析与控制 198

5 机器人手的控制 199

5.1 扩展的控制规则 199

5.2多级控制结构 200

6 小结 205

7 文献说明 206

8 习题 207

第七章 机器人系统的非完整约束 209

1 概述 209

2 可控性和Frobenius定理 211

2.1 矢量场和矢量流 212

2.2 李氏括号和Frobenius定理 212

2.3 非线性可控性 216

3 非完整系统实例 219

4 非完整系统的结构 223

4.1 非完整分布的分类 224

4.2 非完整系统实例（续） 225

4.3 Philip Hall基 227

5 小结 228

6 文献说明 229

7 习题 229

第八章 非完整运动规划 233

1 概述 233

2 典型控制系统的正弦控制 234

2.1 一阶可控系统：Brockett系统 235

2.2 二阶可控系统 237

2.3 高阶系统：链式系统 238

3 一般控制方法 240

3.1 傅里叶技术 240

3.2 链式转换 243

3.3 非完整系统的最优控制 244

3.4 分段定常输入控制 247

4 动态手指重定位 251

4.1 问题的描述 251

4.2 用正弦输入进行控制 252

4.3 几何状态算法 253

5 小结 255

6 文献说明 256

7 习题 256

第九章 机器人操作的研究展望 260

1 用于危险环境的机器人 260

2 用于医疗的多指手 261

3 小型机器人——微机器人学 262

附录A 李群与机器人运动学 264

附录B 旋量计算软件包 285

索引 288

参考文献 292