机器人引论PDF电子书下载

第1部分 机器人基础 3

第1章 绪论 3

1.1 机器人简介 3

1.1.1 机器人的由来 3

1.1.2 机器人的定义 4

1.1.3 机器人学的研究领域 4

1.2 机器人的发展历史 5

1.3 机器人的基本结构 6

1.4 机器人的分类 7

1.5 机器人的应用 7

1.6 机器人学的研究内容 10

1.7 机器人学的国内外研究现状 11

第2章 机器人运动学 12

2.1 刚体位姿的描述 12

2.1.1 位置的描述——位置矢量 12

2.1.2 方位的描述——旋转矩阵 12

2.1.3 坐标系的描述 13

2.1.4 机器人操作臂手爪位姿的描述 13

2.2 点的映射 14

2.2.1 坐标平移 14

2.2.2 坐标旋转 14

2.2.3 一般映射 14

2.3 齐次坐标和齐次变换 15

2.4 变换矩阵 18

2.4.1 平移算子 18

2.4.2 旋转算子 18

2.4.3 变换算子的一般形式 19

2.4.4 变换矩阵的运算 19

2.5 旋转矩阵的导数 21

2.6 连杆参数和关节变量 22

2.6.1 连杆描述 22

2.6.2 连杆连接的描述 23

2.7 连杆坐标系 25

2.7.1 中间连杆i的坐标系Σi 25

2.7.2 首端连杆和末端连杆 26

2.7.3 用连杆坐标系规定连杆参数 26

2.7.4 连杆坐标系建立的步骤 26

2.8 连杆变换和运动学方程 27

2.8.1 相邻两连杆坐标系之间的变换矩阵 27

2.8.2 运动学方程的建立 27

2.9 多足步行机器人的运动学 28

2.9.1 引言 28

2.9.2 多足步行机器人机构特征 28

2.9.3 站立腿的运动学计算 29

2.9.4 摆动腿的运动学计算 34

2.9.5 多足步行机器人的运动学计算 35

2.9.6 多足步行机器人的速度和加速度计算 47

第3章 机器人动力学 56

3.1 动力学分析基础 56

3.1.1 机器人的坐标系 56

3.1.2 工具的定位 57

3.1.3 惯性张量和惯性矩阵 58

3.1.4 连杆运动的传递 60

3.1.5 牛顿-欧拉动力学方程 64

3.1.6 拉格朗日方程 67

3.2 机器人的静力分析 68

3.2.1 等效关节力和力雅可比 68

3.2.2 连杆的静力学分析 70

3.3 机器人动力学方程 72

3.3.1 牛顿-欧拉递推动力学方程 72

3.3.2 关节空间与操作空间动力学 76

3.3.3 拉格朗日方程的应用 80

3.3.4 多足步行机器人的动力学模型 83

第4章 机器人控制 89

4.1 机器人运动控制 89

4.1.1 机器人的伺服电动机 89

4.1.2 机器人的运动控制器 96

4.2 机器人移动轨迹控制 100

4.2.1 路径与轨迹 100

4.2.2 关节坐标系与直角坐标系 100

4.2.3 轨迹规划 102

4.2.4 轨迹控制 105

4.3 机器人力控制 109

4.3.1 机器人的力与力控制种类 110

4.3.2 阻尼力控制 113

4.3.3 相互力控制 115

4.4 机器人行为控制 119

4.4.1 机器人行为种类 119

4.4.2 机器人行为控制方式 120

第5章 机器人智能控制 125

5.1 智能控制的基本特点 125

5.1.1 智能控制概述 125

5.1.2 智能控制系统的典型结构 128

5.2 智能控制的主要方法 130

5.2.1 专家控制 130

5.2.2 模糊控制 131

5.2.3 神经网络控制 133

5.2.4 混沌控制 135

5.2.5 依靠优化方法的智能优化控制 135

5.3 智能控制的主要应用 138

5.3.1 机器人的专家控制 138

5.3.2 机器人的模糊控制 139

5.3.3 机器人的神经网络控制 139

5.3.4 机器人的优化方法控制 140

5.3.5 机器人智能控制技术的融合 141

第2部分 典型机器人 145

第6章 工业机器人 145

6.1 工业机器人的发展历史 145

6.1.1 工业机器人发展概况 145

6.1.2 中国工业机器人研制情况 147

6.2 工业机器人的基本组成 147

6.2.1 执行机构 148

6.2.2 驱动系统 149

6.2.3 控制系统 150

6.2.4 传感系统 151

6.3 工业机器人的典型机构 152

6.3.1 SCARA机构 152

6.3.2 平行杆型机构 153

6.3.3 多关节机构 154

6.4 工业机器人的种类及应用 156

6.4.1 焊接机器人 157

6.4.2 搬运机器人 165

6.4.3 喷漆机器人 166

6.4.4 装配机器人 169

第7章 移动机器人 173

7.1 移动机器人的发展 173

7.2 移动机器人的基本组成 174

7.2.1 驱动系统 174

7.2.2 控制系统 175

7.2.3 传感系统 175

7.3 轮式移动机器人 176

7.3.1 车轮形式 176

7.3.2 车轮的配置和转向机构 178

7.3.3 三轮移动机器人运动分析 180

7.3.4 轮式排爆机器人 182

7.4 履带式移动机器人 183

7.4.1 车体结构 183

7.4.2 越障原理 186

7.4.3 履带排爆机器人 187

7.5 步行移动机器人 189

7.5.1 步行机器人的特点及发展过程 189

7.5.2 步行机器人的腿结构 190

7.5.3 两足步行机器人的动力学模型 191

第8章 拟人机器人 194

8.1 拟人机器人的发展 194

8.1.1 拟人机器人的发展历史 194

8.1.2 中国拟人机器人发展概况 203

8.2 拟人机器人的基本结构 204

8.2.1 拟人机器人的头部 204

8.2.2 拟人机器人的四肢 205

8.2.3 拟人机器人的躯体 211

8.3 拟人机器人的主要功能 212

8.3.1 拟人机器人的拟人行为 212

8.3.2 拟人机器人的人机交互 214

8.4 拟人机器人的行为控制 216

8.4.1 步行模式生成器 216

8.4.2 拟人机器人的双足步行 219

8.4.3 全身运动模式的生成 221

8.5 拟人机器人的应用 224

第9章 仿生机器人 225

9.1 仿生机器人的特点 225

9.2 仿生机器人的研究概述 226

9.2.1 研究现状 226

9.2.2 仿生机器人的关键技术问题 228

9.2.3 仿生机器人的发展趋势 229

9.3 仿生机器鱼 229

9.3.1 鱼类推进理论 231

9.3.2 仿生机器鱼的设计 234

9.3.3 仿生机器鱼的运动控制 237

9.3.4 仿生机器鱼控制系统的硬件设计 238

9.4 四足仿生机器人 239

9.4.1 四足仿生机器人的总体设计方案 240

9.4.2 四足仿生机器人的结构设计 242

9.4.3 四足仿生机器人的控制系统设计 243

第10章 医用机器人 245

10.1 医用机器人的特点 245

10.2 医用机器人的分类 246

10.2.1 医用外科机器人 247

10.2.2 康复机器人 252

10.2.3 医学教育机器人 253

10.3 医用机器人的控制 253

10.4 医用机器人的应用 254

10.4.1 医用外科机器人的应用 254

10.4.2 康复机器人的应用 260

10.4.3 医用机器人的应用实例 270

10.4.4 医用机器人的研究趋势 271

第11章 家用机器人 273

11.1 家用机器人的定义与发展历程 273

11.1.1 家用机器人的定义与分类 273

11.1.2 家用机器人的发展历程 274

11.1.3 全球家用机器人总体研发现状与市场 277

11.2 家用机器人的特点与发展趋势 278

11.2.1 家用机器人的特点 278

11.2.2 家用机器人的发展趋势 279

11.3 家用机器人关键技术与研究课题 280

11.3.1 室内自主导航技术 280

11.3.2 家用机器人的控制 283

11.3.3 家用机器人的社会课题 285

11.4 家用机器人的应用 285

11.4.1 家居智能方向 286

11.4.2 家庭教育娱乐方向 288

11.4.3 家庭安全健康方向 291

第12章 空中机器人 294

12.1 无人机的发展历程 294

12.2 无人机的分类 297

12.2.1 按无人机应用领域分类 297

12.2.2 按无人机机翼布局样式分类 297

12.2.3 按无人机的控制方式分类 300

12.2.4 按无人机的性能指标分类 301

12.3 无人机的应用 302

12.3.1 无人机在军事领域的应用 302

12.3.2 无人机在民用领域的应用 308

12.4 当前无人机领域的研究热点 311

第13章 空间机器人 314

13.1 空间机器人的定义和发展历程 314

13.1.1 空间机器人的定义 314

13.1.2 空间机器人的发展历程 315

13.2 空间机器人的特点和分类 317

13.2.1 空间机器人的特点 317

13.2.2 空间机器人的分类 319

13.3 空间机器人通信技术 320

13.3.1 空间机器人的深空通信 320

13.3.2 空间机器人深空通信的接收技术——天线组阵 321

13.4 空间机器人的应用 323

13.4.1 探测空间机器人 323

13.4.2 空间机器人航天器 328

第14章 多机器人系统 331

14.1 多机器人系统概述 331

14.2 多机器人系统的体系结构 334

14.2.1 分层式结构 335

14.2.2 基于行为的混合分层式结构 338

14.2.3 任务级协作式结构 339

14.2.4 并行处理混合式结构 341

14.3 多机器人系统的协调控制 342

14.3.1 协调控制策略 342

14.3.2 协调控制平台 344

14.3.3 协调控制中的学习 345

14.4 网络机器人 346

14.4.1 网络机器人的组成与特点 346

14.4.2 网络机器人的控制 349

14.4.3 网络机器人的应用 350

14.5 多机器人系统的应用 350

14.5.1 机器人足球 350

14.5.2 多移动机器人协作围捕 352

14.5.3 多机器人协作装配 353

第15章 未来机器人 356

15.1 机器人的发展趋势 356

15.2 未来机器人的发展与应用前景 360

15.3 未来机器人与人类社会 365

参考文献 368