机器人学-运动学、动力学与控制PDF电子书下载

第1章 机器人系统概述 1

1.1 引言 1

1.2 机器人系统工作原理 3

1.2.1 机器人的分类 3

1.2.2 机器人的结构形式 5

1.2.3 机器人系统工作原理 14

1.3 机器人的设计、控制与编程 16

1.3.1 机器人系统的设计 16

1.3.2 控制与编程 18

1.4 机器人的新发展与发展趋势 19

第2章 刚体的转动和旋转变换 22

2.1 引言 22

2.2 矩阵与线性变换 22

2.2.1 矩阵 22

2.2.2 线性变换 23

2.2.3 叉乘矩阵 26

2.3 投影与镜像变换 27

2.4 刚体的旋转 29

2.4.1 旋转矩阵的性质 29

2.4.2 旋转矩阵的推导 31

2.4.3 旋转的指数表示 33

2.4.4 旋转的欧拉角 34

2.4.5 旋转的欧拉-罗德里格斯参数 35

2.4.6 旋转和映像的合成 37

2.5 坐标变换和齐次变换 38

2.5.1 两个坐标系之间的坐标旋转变换 38

2.5.2 原点移动的坐标变换 39

2.5.3 齐次坐标 39

2.6 相似变换和不变量概念 43

2.6.1 相似变换 43

2.6.2 不变量的概念 45

2.6.3 旋转的线性不变量 47

第3章 刚体的运动学与力学基础 50

3.1 引言 50

3.2 一般刚体运动及其螺旋 51

3.2.1 直线的Plücker坐标 51

3.2.2 刚体运动的螺旋 54

3.2.3 刚体的姿态 57

3.3 刚体的一般瞬时运动与速度分析 58

3.3.1 刚体绕固定点的旋转 58

3.3.2 刚体的运动的速度分析 59

3.3.3 刚体运动的瞬时螺旋 60

3.3.4 刚体的运动旋量 62

3.4 刚体运动的加速度分析 64

3.5 固定在移动坐标系下刚体的速度和加速度分析 66

3.6 刚体的静力分析 68

3.7 刚体动力学方程 71

3.7.1 动量、动量矩和动能 71

3.7.2 牛顿-欧拉方程 74

3.7.3 凯恩方程 75

第4章 串联机器人操作手运动静力学 81

4.1 引言 81

4.2 D-H表示方法 81

4.3 6R操作手运动学 87

4.4 解耦操作手逆运动学问题 91

4.4.1 定位问题 91

4.4.2 定向问题 103

4.5 串联操作手的速度分析 107

4.5.1 解耦操作手的速度分析 107

4.5.2 解耦操作手的奇异位形分析 111

4.5.3 操作手工作空间 114

4.6 串联操作手的加速度分析 117

4.7 串联操作手的静力学分析 119

4.8 可操作性和灵巧度与运动灵巧性指标 120

4.8.1 操作手定位 124

4.8.2 操作手的定向 125

4.8.3 操作手的定位和定向 125

第5章 串联机器人操作手动力学 130

5.1 引言 130

5.2 逆向和前向动力学 130

5.3 多体系统动力学的基本原理 131

5.3.1 术语和基本概念 131

5.3.2 串联操作手的欧拉-拉格朗日方程 132

5.4 递归逆向动力学 135

5.4.1 运动学计算：外向递归 135

5.4.2 动力学计算：内向递归 138

5.5 机器人动力学中的自然正交补 142

5.5.1 约束方程和运动旋量形关系的推导 145

5.5.2 非惯性基座杆件 149

5.6 操作手前向动力学 149

5.7 重力合并到动力学方程 154

5.8 耗散力模型 154

第6章 轨迹规划 157

6.1 引言 157

6.2 插补方式分类与轨迹控制 158

6.3 拾放操作与点到点控制的轨迹规划 160

6.3.1 多项式插值 161

6.3.2 摆线插值 164

6.3.3 通过中间位姿的轨迹 165

6.4 用三次样条对拾放作业综合 166

6.5 曲线方向的表示方法 169

6.6 参数路径的表示 174

第7章 复杂机器人机械系统运动学 186

7.1 引言 186

7.2 一般6转动关节机械手的运动学逆问题 186

7.2.1 预备知识 187

7.2.2 双变量方程方法 197

7.2.3 单变量多项式方法 199

7.2.4 解的数值条件作用 206

7.2.5 其他关节角的计算 207

7.2.6 计算实例 210

7.3 并联操作手运动学 214

7.3.1 并联操作手的速度和加速度分析 225

7.4 轮式机器人 230

7.4.1 传统车轮机器人 230

7.4.2 全方位轮式机器人 235

第8章 复杂机器人机械系统动力学 239

8.1 引言 239

8.2 机器人机械系统的动力学上的分类 239

8.3 完整系统动力学模型的结构 240

8.4 并联操作手动力学 242

8.5 轮式机器人动力学 250

8.5.1 传统车轮机器人 251

8.5.2 全方位轮式机器人 259

第9章 机器人的运动控制 267

9.1 控制器与控制方法 267

9.1.1 运动控制与动态控制 267

9.1.2 机器人的控制器 268

9.1.3 控制性能要求 272

9.2 多关节机器人的控制 273

9.2.1 位置伺服控制 274

9.2.2 速度控制 275

9.2.3 加速度控制 275

9.2.4 计算力矩控制 276

9.3 线性化模型设计机器人控制器方法 277

9.4 机器人手臂的自适应控制 280

9.4.1 机器人状态方程 280

9.4.2 模型参考自适应控制 281

9.4.3 自校正自适应控制 283

9.4.4 基于机器人特性的自适应控制 284

9.5 学习控制 285

9.6 典型机器人控制系统 288

第10章 机器人的力控制 291

10.1 引言 291

10.2 作业约束与力控制 292

10.3 机器人的触觉系统与腕力传感器 294

10.4 机器人的阻抗控制 297

10.5 机器人的顺应控制 300

10.6 机器人的位置和力混合控制 302

参考文献 305