第一章 绪论 1
1.1机器人学的起源与发展 1
1.1.1机器人学的起源 1
1.1.2机器人学的发展 2
1.2机器人的定义和特点 4
1.2.1机器人的定义 4
1.2.2机器人的主要特点 5
1.3机器人的构成与分类 6
1.3.1机器人系统的构成 6
1.3.2机器人的自由度 7
1.3.3机器人的分类 9
1.4机器人学的研究领域 13
1.5本书概要 15
1.6小结 17
习题 17
第二章 机器人的空间描述和坐标变换 18
2.1位姿和坐标系描述 18
2.2平移和旋转坐标系映射 20
2.3平移和旋转齐次坐标变换 21
2.4物体的变换和变换方程 25
2.5通用旋转变换 28
2.6小结 31
习题 31
第三章 机器人运动学 34
3.1机械手运动方程的表示 34
3.1.1机械手运动姿态和方向角的表示 35
3.1.2平移变换的不同坐标系表示 37
3.1.3 A矩阵和T矩阵的表示 38
3.2机械手运动方程的求解 41
3.2.1欧拉变换解 42
3.2.2 RPY变换解 45
3.2.3球面变换解 45
3.3机器人运动的分析与综合举例 46
3.3.1机器人运动分析举例 47
3.3.2机器人运动综合举例 50
3.4机器人的雅可比公式 53
3.4.1机器人的微分运动 53
3.4.2雅可比矩阵的定义与求解 61
3.4.3机器人雅可比矩阵计算举例 64
3.5小结 67
习题 68
第四章 机器人动力学 73
4.1刚体的动力学方程 73
4.1.1刚体的动能与位能 74
4.1.2拉格朗日方程和牛顿-欧拉方程 75
4.2机械手动力学方程的计算与简化 80
4.2.1质点速度的计算 81
4.2.2质点动能和位能的计算 82
4.2.3机械手动力学方程的推导 84
4.2.4机械手动力学方程的简化 85
4.3机械手动力学方程举例 88
4.3.1二连杆机械手动力学方程 88
4.3.2三连杆机械手的速度和加速度方程 91
4.4机器人的动态特性 97
4.4.1动态特性概述 97
4.4.2稳定性 97
4.4.3空间分辨度 98
4.4.4精度 99
4.4.5重复性 101
4.5机械手的静态特性 102
4.5.1静力和静力矩的表示 102
4.5.2不同坐标系间静力的变换 103
4.5.3关节力矩的确定 105
4.5.4负荷质量的确定 105
4.6小结 106
习题 107
第五章 机器人位置和力控制 111
5.1机器人控制与传动概述 111
5.1.1机器人控制的分类、变量与层次 111
5.1.2机器人传动系统 114
5.2机器人的位置控制 118
5.2.1直流控制系统原理与数学模型 119
5.2.2机器人位置控制的一般结构 122
5.2.3单关节位置控制器的结构与模型 123
5.2.4多关节位置控制器的耦合与补偿 130
5.3机器人的力和位置混合控制 133
5.3.1柔顺运动与柔顺控制 133
5.3.2主动阻力控制 137
5.3.3力和位置混合控制方案和规律 140
5.3.4柔顺运动位移和力混合控制的计算 146
5.4机器人的分解运动控制 147
5.4.1分解运动控制原理 147
5.4.2分解运动速度控制 150
5.4.3分解运动加速度控制 151
5.4.4分解运动力控制 153
5.5小结 154
习题 155
第六章 机器人高级控制 158
6.1机器人的变结构控制 158
6.1.1变结构控制的特点和原理 158
6.1.2机器人的滑模变结构控制 160
6.1.3机器人轨迹跟踪滑模变结构控制 163
6.2机器人的自适应控制 166
6.2.1自适应控制器的状态模型和结构 167
6.2.2机器人模型参考自适应控制器 168
6.2.3机器人自校正自适应控制器 171
6.2.4机器人线性摄动自适应控制器 173
6.3机器人的智能控制 175
6.3.1智能控制与智能控制系统概述 175
6.3.2主要智能控制系统简介 180
6.3.3机器人自适应模糊控制 185
6.3.4多指灵巧手的神经控制 188
6.4小结 192
习题 193
第七章 机器人传感器 194
7.1机器人传感器概述 194
7.1.1机器人传感器的特点与分类 194
7.1.2应用传感器时应考虑的问题 195
7.2内传感器 197
7.2.1位移（位置）传感器 197
7.2.2速度和加速度传感器 200
7.2.3力觉传感器 202
7.3外传感器 205
7.3.1触觉传感器 205
7.3.2应力传感器 208
7.3.3接近度传感器 209
7.3.4其他外传感器 211
7.4机器人视觉装置 212
7.4.1机器人眼 212
7.4.2视频信号数字变换器 214
7.4.3固态视觉装置 216
7.5小结 218
习题 218
第八章 机器人高层规划 220
8.1机器人规划概述 220
8.1.1规划的作用与问题分解途径 220
8.1.2机器人规划系统的任务与方法 223
8.2积木世界的机器人规划 226
8.2.1积木世界的机器人问题 227
8.2.2积木世界机器人规划的求解 228
8.3基于消解原理的机器人规划系统 230
8.3.1 STRIPS系统的组成 230
8.3.2 STRIPS系统规划过程 231
8.3.3含有多重解答的规划 234
8.4基于专家系统的机器人规划 236
8.4.1规划系统的结构和机理 237
8.4.2 ROPES机器人规划系统 238
8.5机器人路径规划 245
8.5.1机器人路径规划的主要方法和发展趋势 245
8.5.2基于近似Voronoi图的机器人路径规划 247
8.5.3基于模拟退火算法的机器人局部路径规划 249
8.5.4基于免疫进化和示例学习的机器人路径规划 254
8.5.5基于蚁群算法的机器人路径规划 256
8.6小结 261
习题 261
第九章 机器人轨迹规划 264
9.1轨迹规划应考虑的问题 264
9.2关节轨迹的插值计算 265
9.3笛卡儿路径轨迹规划 271
9.4规划轨迹的实时生成 276
9.5小结 278
习题 278
第十章 机器人程序设计 281
10.1机器人编程要求与语言类型 281
10.1.1对机器人编程的要求 282
10.1.2机器人编程语言的类型 285
10.2机器人语言系统结构和基本功能 288
10.2.1机器人语言系统的结构 288
10.2.2机器人编程语言的基本功能 289
10.3常用的机器人编程语言 291
10.3.1 VAL语言 292
10.3.2 SIGLA语言 292
10.3.3 IML语言 293
10.3.4 AL语言 294
10.4机器人的离线编程 294
10.4.1机器人离线编程的特点和主要内容 295
10.4.2机器人离线编程系统的结构 296
10.4.3机器人离线编程仿真系统HOLPSS 300
10.5小结 302
习题 303
第十一章 机器人应用 306
11.1应用工业机器人必须考虑的因素 306
11.1.1机器人的任务估计 306
11.1.2应用机器人三要素 307
11.1.3使用机器人的经验准则 307
11.1.4采用机器人的步骤 308
11.2机器人的应用领域 309
11.2.1工业机器人 309
11.2.2探索机器人 310
11.2.3服务机器人 311
11.2.4军事机器人 312
11.3工业机器人应用举例 313
11.3.1材料搬运机器人 313
11.3.2焊接机器人 314
11.3.3喷漆机器人 317
11.4小结 318
习题 319
第十二章 机器人学展望 320
12.1机器人技术和市场的现状与预测 320
12.2 21世纪机器人技术的发展趋势 323
12.3应用机器人引起的社会问题 325
12.4克隆技术对智能机器人的挑战 326
12.5小结 329
习题 330
参考文献 331
英汉对照术语表 340