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第一章 绪论 1

1.1 机器人学的发展 1

1.1.1 机器人的由来 1

1.1.2 机器人的定义 2

1.1.3 机器人学的进展 3

1.2 机器人的特点、结构与分类 7

1.2.1 机器人的主要特点 7

1.2.2 机器人系统的结构 8

1.2.3 机器人的自由度 10

1.2.4 机器人的分类 12

1.3 机器人学与人工智能 16

1.3.1 机器人学与人工智能的关系 16

1.3.2 机器人学的研究领域 18

1.3.3 智能机器人 20

1.3.4 人工智能的争论及其对机器人学的影响 21

1.4 本书概要 26

1.5 小结 27

习题 28

第二章 数学基础 29

2.1 位置和姿态的表示 29

2.2 坐标变换 31

2.3 齐次坐标变换 32

2.4 物体的变换及逆变换 37

2.5 通用旋转变换 40

2.6 小结 42

习题 43

第三章 机器人运动学 46

3.1 机器人运动方程的表示 46

3.1.1 运动姿态和方向角 47

3.1.2 运动位置和坐标 49

3.1.3 连杆变换矩阵及其乘积 51

3.2 机械手运动方程的求解 54

3.2.1 欧拉变换解 54

3.2.2 滚、仰、偏变换解 57

3.2.3 球面变换解 58

3.3 PUMA 560机器人运动方程 59

3.3.1 PUMA 560运动分析 59

3.3.2 PUMA 560运动综合 63

3.4 机器人的雅可比公式 66

3.4.1 机器人的微分运动 66

3.4.2 机器人的雅可比矩阵 74

3.4.3 机器人雅可比矩阵计算实例 78

3.5 小结 82

习题 83

第四章 机器人动力学 89

4.1 钢体动力 89

4.1.1 钢体的动能与位能 90

4.1.2 动力学方程的两种求法 92

4.2 机械手动力学方程 97

4.2.1 速度的计算 97

4.2.2 动能和位能的计算 98

4.2.3 动力学方程的推导 101

4.2.4 动力学方程的简化 103

4.3 机械手动力学方程实例 106

4.3.1 二连杆机械手动力学方程 106

4.3.2 三连杆机械手的速度和加速度方程 108

4.4 机器人的动态特性 115

4.4.1 动态特性概述 115

4.4.2 稳定性 116

4.4.3 空间分辨度 117

4.4.4 精度 118

4.4.5 重复性 120

4.5 机械手的稳态负荷 121

4.5.1 静力和静力矩的表示 122

4.5.2 不同坐标系间静力的变换 122

4.5.3 关节力矩的确定 124

4.5.4 负荷质量的确定 125

4.6 小结 126

习题 126

第五章 机器人控制(一) 131

5.1 机器人的基本控制原则 131

5.1.1 基本控制原则 131

5.1.2 伺服控制系统举例 135

5.2 机器人的位置控制 139

5.2.1 直流传动系统的建模 139

5.2.2 位置控制的基本结构 143

5.2.3 单关节位置控制器 144

5.2.4 多关节位置控制器 151

5.3 机器人的柔顺控制 154

5.3.1 柔顺运动的基本概念 154

5.3.2 主动阻抗控制 158

5.3.3 力和位置混合控制 162

5.3.4 柔顺运动的位移和力混合控制 168

5.4 机器人的分解运动控制 170

5.4.1 分解运动控制原理 170

5.4.2 分解运动速度控制 173

5.4.3 分解运动加速度控制 174

5.4.4 分解运动力控制 176

5.5 小结 178

习题 178

第六章 机器人控制(二) 181

6.1 机器人的变结构控制 181

6.1.1 变结构控制的基本原理 181

6.1.2 机器人的滑模变结构控制 183

6.1.3 机器人滑模变结构控制示例 186

6.2 机器人的自适应控制 189

6.2.1 控制系统的状态模型和主要结构 190

6.2.2 机器人模型参考自适应控制器 192

6.2.3 机器人自校正自适应控制器 194

6.2.4 机器人线性摄动自适应控制器 196

6.3 机器人的智能控制 197

6.3.1 智能控制的基本概念 198

6.3.2 智能控制系统的分类 204

6.3.3 智能控制人递阶装配系统 211

6.3.4 机器人自适应模糊控制 214

6.3.5 多指灵巧手的神经控制 218

6.3.6 移动机器人自主导航的进化控制 222

6.4 小结 227

习题 228

第七章 机器人规划 230

7.1 机器人规划的作用与任务 230

7.1.1 规划的作用与问题分解途径 230

7.1.2 机器人规划系统的任务与方法 233

7.2 积木世界的机器人规划 237

7.2.1 积木世界的机器人问题 237

7.2.2 用F规则求解规划序列 238

7.3 STRIPS规划系统 241

7.3.1 STRIPS系统的组成 241

7.3.2 STRIPS系统规划过程 241

7.3.3 含有多重解答的规划 244

7.4 具有学习能力的规划系统 247

7.4.1 PULP-I 系统的结构与操作方式 248

7.4.2 PULP-I 的世界模型和规划结果 249

7.5 基于专家系统的机器人规划 251

7.5.1 系统结构和规划机理 251

7.5.2 ROPES机器人规划系统 253

7.6 太空构件装配顺序分层规划系统 260

7.6.1 太空构件装配及其分层顺序规划 260

7.6.2 三维结构装配顺序规划示例 264

7.7 机器人轨迹规划 265

7.7.1 轨迹规划应考虑的问题 265

7.7.2 关节轨迹的插值计算 266

7.7.3 笛卡儿路径轨迹规划 272

7.7.4 规划轨迹的实时生成 277

7.8 小结 280

习题 280

第八章 机器人编程 283

8.1 机器人编程要求与语言类型 283

8.1.1 对机器人编程的要求 284

8.1.2 机器人编程语言的类型 288

8.2 机器人语言系统结构和基本功能 291

8.2.1 机器人语言系统的结构 291

8.2.2 机器人编程语言的基本功能 292

8.3 常用的机器人编程语言 294

8.3.1 VAL语言 295

8.3.2 SIGLA语言 298

8.3.3 IML语言 299

8.3.4 AL语言 301

8.4 机器人的离线编程 301

8.4.1 机器人离线编程的特点和主要内容 302

8.4.2 机器人离线编程系统的结构 303

8.4.3 机器人离线编程仿真系统HOLPSS 307

8.5 小结 310

习题 311

第九章 机器人应用 314

9.1 应用工业机器人必须考虑的因素 314

9.1.1 机器人的任务估计 314

9.1.2 应用机器人三要素 315

9.1.3 使用机器人的经验准则 318

9.1.4 采用机器人的步骤 319

9.2 机器人的应用领域 320

9.2.1 工业机器人 320

9.2.2 探索机器人 322

9.2.3 服务机器人 327

9.2.4 军事机器人 329

9.3 工业机器人应用举例 333

9.3.1 材料搬运机器人 333

9.3.2 焊接机器人 335

9.3.3 喷漆机器人 337

9.3.4 装配机器人 340

9.4 小结 344

习题 345

第十章 机器人学展望 346

10.1 机器人技术和市场的现状 346

10.1.1 国际机器人的发展现状及预测 346

10.1.2 国内机器人的发展现状 351

10.2 21世纪机器人技术的发展趋势 357

10.3 我国机器人学的发展战略 362

10.4 应用机器人引起的社会问题 366

10.5 克隆技术对智能机器人的挑战 368

10.6 小结 371

习题 373

参考文献 374

英汉对照术语表 391