第一章 绪论 1
第一节 制造科学 3
一、制造信息的表示、获取和传递 3
二、制造经验、技能和知识的信息化 4
三、制造中的计算机几何 5
四、计算制造和虚拟制造 5
五、虚拟装配 7
第二节 机器人操作的若干基础问题 8
一、机器人基本操作 8
二、约束运动规划 9
三、装配规划 10
四、形封闭与力封闭 11
五、主动顺应与被动顺应 12
第三节 本书内容提要 13
一、机器人操作的数理基础 13
二、机器人多指操作 14
三、机器人装配操作 15
参考文献 16
第二章 C-空间 21
第一节 刚体的C-空间 23
一、旋转群 23
二、C-空间定义 25
三、切空间 27
第二节 旋转群的参数化 28
一、旋转运动的指数坐标 29
二、欧拉角和RPY角 31
三、四元数 32
第三节 欧拉群的参数化 34
一、齐次坐标与齐次变换 34
二、刚体运动的指数坐标 36
三、绕固定轴转动的旋量坐标 39
第四节 C-障碍物 41
一、定义和拓扑性质 41
二、多边形的C-障碍物 44
三、多面体的C-障碍物 48
四、刀具姿态的C-空间表示 50
第五节 机器人的C-空间 52
一、点障碍物 53
二、圆盘障碍物 54
三、PUMA560机器人 55
四、运动规划的C-空间表示 58
第六节 附录：矢量的点积和叉积 58
参考文献 59
第三章 线矢量和旋量 61
第一节 线矢量 63
一、Plucker坐标 63
二、Klein映射 65
三、几种特殊的线族 67
四、复合丛的交 69
一、螺旋运动 70
五、法线复合丛的物理含义和应用 70
第二节 运动旋量 70
二、螺旋与旋量的关系 72
三、旋量的性质 75
第三节 力旋量 76
一、纯力作用与线矢量 76
二、力旋量的螺旋坐标 77
三、螺旋对的正置、顺置、倒置 78
第四节 刚体运动速度 80
一、质点运动速度 80
二、刚体角速度 81
三、刚体速度的旋量坐标 82
四、绕固定轴旋转的运动速度 84
五、复合运动的速度 85
六、对偶关系 86
第五节 点接触约束模型 87
一、光滑点接触 88
二、摩擦点接触 89
三、软手指接触 90
四、映射矩阵 90
五、抓取矩阵 92
参考文献 92
第四章 并联机构与协调操作 95
第一节 协调操作 97
一、结构形式 98
第二节 并联机构结构分析 98
二、自由度计算 100
三、结构方程 103
第三节 并联机构的运动反解 104
一、位姿反解 104
二、逆雅可比 106
第四节 并联机构位姿正解 107
一、Newton迭代法 108
二、搜索法 110
三、封闭正解 110
第五节 并联机构的奇异性和灵巧度 113
一、并联机构的奇异性——位姿稳定性 113
二、串联机器人的奇异性——降自由度形位 114
三、并联机构滑跳现象的判别 115
四、可操作性和灵巧度 117
第六节 工作空间分析 119
一、6-SPS平台结构参数与初始位姿 120
二、6-SPS平台初始位姿的灵巧度 121
三、6-SPS平台工作空间约束条件 121
四、工作空间的定义 124
五、工作空间的求解 125
参考文献 128
第五章 多指抓取规划 131
一、抓取的分类 133
第一节 人的抓取行为与机器人多指抓取操作 133
二、抓取策略 134
第二节 定性分析 137
一、形封闭抓取 137
二、力封闭抓取 140
三、平衡抓取 142
四、对偶关系 143
五、可操作性与稳定性 144
第三节 性能指标 147
一、抓取稳定性指标 147
二、抓取灵巧性指标 150
一、接触点的布局规划 151
第四节 多指抓取的最优布局 151
二、应用举例 152
第五节 多指抓取的力规划 156
一、不等式约束 156
二、线性约束 158
三、目标函数 159
第六节 抓取的动态稳定性 160
一、被抓取物体的动力学方程 160
二、动态稳定性的条件和评价指标 164
参考文献 169
第六章 多指手控制 173
第一节 动力学控制 176
一、多指手抓取的刚度分析 178
第二节 顺应与刚度控制 178
二、物体顺应中心 180
三、多指手操作的顺应控制 183
第三节 阻抗控制 185
一、机器人阻抗控制的原理和实现 185
二、手指的阻抗矩阵 186
三、手指阻抗系数的合成 188
四、多指手操作的阻抗控制 190
第四节 自适应控制和智能控制 193
一、自适应控制 193
二、人工神经网络自适应控制 194
三、模糊自适应控制 197
参考文献 200
第七章 装配顺序规划 203
第一节 装配顺序规划概述 205
一、装配顺序规划问题描述 205
二、装配顺序的分类 207
三、装配顺序规划系统组成 209
第二节 产品装配建模 210
一、装配建模所需的信息 210
二、装配关系的表示方法 211
三、装配建模过程 212
第三节 装配顺序的表示 214
一、装配状态和装配操作 214
二、装配顺序的等价类 215
三、装配顺序显性表示 216
四、装配顺序隐性表示 220
第四节 装配顺序产生 222
一、优先约束法 223
二、拆卸法 225
三、无向阻塞图 228
第五节 装配顺序评价与优化 235
一、装配顺序规划约束分类 235
二、典型的装配顺序评价准则 237
三、装配顺序选择(优化) 238
参考文献 240
第八章 装配运动规划 243
第一节 装配接触约束建模 247
一、接触约束表示 247
二、接触约束求解的多面凸锥方法 249
三、装配接触约束求解示例 250
四、接触状态解空间划分 253
第二节 装配接触状态转移与推理 255
一、接触约束网络生成算法 255
二、接触状态转移运动求解 258
三、准静态接触状态转移仿真 261
第三节 不确定性下接触状态识别 264
一、力传感信息不确定性模型 264
二、接触状态的无摩擦平衡条件 266
三、摩擦条件下接触状态判别 267
四、接触状态可能性 268
第四节 装配操作与顺应控制 270
一、夹具力可装配性 270
二、顺应控制规则 271
三、接触约束状态力-速度映射 277
四、顺应综合框架 278
参考文献 280
第九章 虚拟原型系统 283
第一节 虚拟现实技术 285
一、虚拟原型的概念 288
第二节 虚拟原型技术一般概述 288
二、虚拟原型系统体系结构 289
三、虚拟原型的关键技术 290
四、虚拟原型的应用 291
第三节 虚拟装配 293
一、多模式人机接口 294
二、关键实现技术 295
三、原型系统和简单实例 297
四、利用增强现实技术评价装配顺序 299
参考文献 301
符号表 303
中英文专用名词对照表 309
索引 313