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第1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 1

1.1.3 机器人学的进展 2

1.2 机器人的特点、结构与分类 3

1.2.1 机器人的主要特点 3

1.2.2 机器人系统的结构 3

1.2.3 机器人的自由度 4

1.2.4 机器人的分类 5

1.3 机器人学与人工智能 8

1.3.1 机器人学与人工智能的关系 8

1.3.2 机器人学的研究领域 9

1.3.3 智能机器人 9

1.3.4 人工智能的争论及其对机器人学的影响 10

1.4 本书概要 12

1.5 小结 13

习题 13

第2章 数学基础 15

2.1 位置和姿态的表示 15

2.1.1 位置描述 15

2.1.2 方位描述 15

2.1.3 位姿描述 16

2.2 坐标变换 16

2.2.1 平移坐标变换 16

2.2.2 旋转坐标变换 17

2.3 齐次坐标变换 17

2.3.1 齐次变换 18

2.3.2 平移齐次坐标变换 19

2.3.3 旋转齐次坐标变换 19

2.4 物体的变换及逆变换 21

2.4.1 物体位置描述 21

2.4.2 齐次变换的逆变换 22

2.4.3 变换方程初步 23

2.5 通用旋转变换 24

2.5.1 通用旋转变换公式 24

2.5.2 等效转角与转轴 25

2.6 小结 26

习题 26

第3章 机器人运动学 29

3.1 机器人运动方程的表示 29

3.1.1 运动姿态和方向角 29

3.1.2 运动位置和坐标 31

3.1.3 连杆变换矩阵及其乘积 33

3.2 机械手运动方程的求解 36

3.2.1 欧拉变换解 36

3.2.2 滚、仰、偏变换解 39

3.2.3 球面变换解 39

3.3 PUMA 560机器人运动方程 40

3.3.1 PUMA 560运动分析 40

3.3.2 PUMA 560运动综合 44

3.4 小结 46

习题 47

第4章 机器人动力学 51

4.1 刚体动力学 51

4.1.1 刚体的动能与位能 51

4.1.2 动力学方程的两种求法 53

4.2 机械手动力学方程 57

4.2.1 速度的计算 58

4.2.2 动能和位能的计算 59

4.2.3 动力学方程的推导 61

4.3 机械手动力学方程实例 62

4.4 小结 64

习题 65

第5章 机器人控制 67

5.1 机器人的基本控制原则 67

5.1.1 基本控制原则 67

5.1.2 伺服控制系统举例 69

5.2 机器人的位置控制 71

5.2.1 直流传动系统的建模 71

5.2.2 位置控制的基本结构 73

5.2.3 单关节位置控制器 75

5.2.4 多关节位置控制器 81

5.3 机器人的力和位置混合控制 83

5.3.1 力和位置混合控制方案 83

5.3.2 力和位置混合控制系统控制规律的综合 85

5.4 机器人的智能控制 88

5.4.1 智能控制系统的分类 88

5.4.2 机器人自适应模糊控制 93

5.4.3 多指灵巧手的神经控制 96

5.5 小结 99

习题 99

第6章 机器人传感器 102

6.1 机器人传感器概述 102

6.1.1 机器人传感器的特点与分类 102

6.1.2 应用传感器时应考虑的问题 103

6.2 内传感器 104

6.2.1 位移位置传感器 104

6.2.2 速度和加速度传感器 107

6.2.3 力觉传感器 109

6.3 外传感器 111

6.3.1 触觉传感器 111

6.3.2 应力传感器 113

6.3.3 接近度传感器 114

6.3.4 其他外传感器 116

6.4 机器人视觉装置 117

6.4.1 机器人眼 117

6.4.2 视频信号数字变换器 118

6.4.3 固态视觉装置 120

6.5 小结 122

习题 122

第7章 机器人轨迹规划 124

7.1 轨迹规划应考虑的问题 124

7.2 关节轨迹的插值计算 125

7.2.1 三次多项式插值 125

7.2.2 过路径点的三次多项式插值 126

7.2.3 高阶多项式插值 127

7.2.4 用抛物线过渡的线性插值 128

7.2.5 过路径点用抛物线过渡的线性插值 128

7.3 笛卡儿路径轨迹规划 130

7.4 规划轨迹的实时生成 134

7.5 小结 137

习题 137

第8章 机器人编程 139

8.1 机器人编程要求与语言类型 139

8.1.1 对机器人编程的要求 139

8.1.2 机器人编程语言的类型 140

8.2 机器人语言系统结构和基本功能 141

8.2.1 机器人语言系统的结构 141

8.2.2 机器人编程语言的基本功能 142

8.3 常用的机器人编程语言 143

8.3.1 VAL语言 143

8.3.2 SIGLA语言 144

8.3.3 IML语言 145

8.3.4 AL语言 145

8.4 机器人的离线编程 146

8.4.1 机器人离线编程的特点和主要内容 146

8.4.2 机器人离线编程系统的结构 147

8.5 小结 150

习题 150

第9章 机器人应用 152

9.1 应用工业机器人必须考虑的因素 152

9.1.1 机器人的任务估计 152

9.1.2 应用机器人三要素 152

9.1.3 使用机器人的经验准则 153

9.1.4 采用机器人的步骤 153

9.2 机器人的应用领域 154

9.2.1 工业机器人 154

9.2.2 探索机器人 155

9.2.3 服务机器人 156

9.2.4 军事机器人 156

9.3 工业机器人应用举例 157

9.3.1 材料搬运机器人 157

9.3.2 焊接机器人 158

9.3.3 喷漆机器人 160

9.4 小结 161

习题 162

第10章 机器人学展望 163

10.1 机器人技术和市场的现状 163

10.1.1 世界机器人发展现状 163

10.1.2 国内机器人的发展现状 163

10.2 21世纪机器人技术的发展趋势 165

10.3 应用机器人引起的社会问题 167

10.4 小结 168

习题 168

参考文献 169