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第一章 绪论 1

1—1 机器人与自动化 1

1—2 机器人的应用范围 3

1—3 机罪人学的研究方向 5

1—4 工业机器人的设计、控制和编程 9

参考文献 12

第二章 机器人的机构 13

2—1 操作臂的坐标形式与外形结构 13

2—2 手腕的传动与结构 15

2—3 手爪的型式和机构 17

2—4 机器人结构的基本要求 20

参考文献 22

习题 23

第三章 位姿描述和齐次变换 24

3—1 概述 24

3—2 刚体位姿的描述 24

3—3 点的映射 26

3—4 齐次坐标和齐次变换 28

3—5 运动算子 30

3—6 变换矩阵的运算 32

3—7 变换方程 35

3—8 欧拉角与RPY角 36

3—9 旋转变换通式 40

3—10 位姿的综合 45

3—11 计算的复杂性 46

3—12 自由矢量的变换 47

参考文献 48

习题 48

第四章 操作臂运动学 54

4—1 绪言 54

4—2 连杆参数和关节变量 54

4—3 连杆坐标系 58

4—4 连杆变换和运动学方程 59

4—5 XHK5140换刀机械手的运动学方程 60

4—6 PUMA560机器人的运动学方程 65

4—7 运动学反解 70

4—8 PUMA560机器人的运动学反解 70

4—9 三轴相交时的封闭解 74

4—10 反解的存在性和唯一性 75

4—11 驱动空间 关节空间和操作空间 79

4—12 坐标系的规定 81

参考文献 82

习题 83

第五章 微分运动与雅可比 87

5—1 引例 87

5—2 微分转动与角速度 88

5—3 微分运动矢量与广义速度 91

5—4 微分运动的等价坐标变换 91

5—5 雅可比矩阵 91

5—6 XHK5140换刀机械手的雅可比矩阵 101

5—7 PUMA560机器人的雅可比矩阵 103

5—8 逆雅可比矩阵和奇异性 106

5—9 操作臂的灵巧度 111

参考文献 114

习题 114

第六章 静力与变形 118

6—1 绪言 118

6—2 连杆的受力和平衡方程 118

6—3 等效关节力和力雅可比 121

6—4 对偶关系 121

6—5 力和力矩的坐标变换 122

6—6 确定负荷质量的方法 124

6—7 刚度和柔度 126

6—8 柔度矩阵的主变换 128

参考文献 129

习颢 129

第七章 操作臂动力学 131

7—1 引言 131

7—2 拉格朗日动力学 132

7—3 惯性张量和惯性矩阵 135

7—4 操作臂的拉格朗日方程 139

7—5 连杆运动的传递 143

7—6 牛顿—欧拉递推动力学方程 147

7—7 关节空间与操作空间动力学 151

7—8 动力学性能指标 153

7—9 动力学优化设计 155

参考文献 159

习题 161

第八章 轨迹规划 163

8—1 引言 163

8—2 轨迹规划的一般性问题 163

8—3 关节空间规划方法 165

8—4 笛卡尔空间规划方法 174

8—5 利用四元数进行直线轨迹规划 181

8—6 笛卡尔空间规划的几何问题 185

8—7 轨迹的实时生成 186

8—8 基于动态模型的轨迹规划 188

8—9 无碰撞路径规划 189

参考文献 195

习题 196

第九章 操作臂的轨迹控制 199

9—1 前言 199

9—2 二阶线性系统控制规律的分解 200

9—3 单关节的建模和控制 205

9—4 操作臂的非线性控制 213

9—5 操作臂的多关节控制 217

9—6 实际问题 219

9—7 工业机器人的控制系统 221

9—8 PUMA560控制器的结构 223

9—9 分解运动控制 225

9—10 基于直角坐标的控制 231

9—11 李亚普诺夫(Ляпунов)稳定性分析 233

参考文献 236

习题 237

第十章 机器人的力控制 241

10—1 概述 241

10—2 约束运动与约束坐标系 242

10—3 力的控制 244

10—4 位置/力混合控制 246

10—5 顺应控制和阻抗控制 249

参考文献 251

习题 251

第十一章 冗余度机器人 253

11—1 冗余度、冗余空间和奇异状态 253

11—2 冗余度机器人的逆运动学 254

11—3 改善灵活性的规划 255

11—4 障碍物的躲避 260

11—5 最佳动力学性能的规划 263

11—6 动力学控制 268

参考文献 272

第十二章 协调控制 275

12—1 概述 275

12—2 双臂协调运动的约束关系 275

12—3 双臂协调的关节力矩计算 280

12—4 多指手爪的运动分析 284

12—5 多指手爪的抓取规划和协调控制 289

参考文献 294

第十三章 自适应控制 295

13—1 引言 295

13—2 模型参考自适应控制(MRAC) 295

13—3 自校正自适应控制(STAC) 299

13—4 自适应扰动控制 301

13—5 PD自适应控制 303

13—6 自适应鲁棒性联合控制 308

13—7 直角坐标空间自适应控制 309

13—8 自适应阻抗控制 312

13—9 自学习控制 316

参考文献 318

第十四章 机器人语言 320

14—1 机器人语言的发展概况 320

14—2 机器人语言的分类 321

14—3 机器人语言的结构 322

14—4 VAL语言 325

14—5 AL语言 330

14—6 机器人语言特有的问题 337

参考文献 338

第十五章 离线编程系统 339

15—1 离线编程系统的一般要求 340

15—2 离线编程系统的主要组成部分 340

15—3 离线编程系统应用举例 349

参考文献 351