第1章 机器人和数字人建模概述 1
1.1机器人的发展历程：过去、现在和未来 1
1.2数字人建模：历史、成就和新挑战 5
1.3借助机器人分析方法进行数字人建模 7
参考文献 8
第2章 数学基础 10
2.1向量、坐标变换和空间描述 10
2.2李群和李代数 13
2.3指数映射和k-？过程 15
2.4对偶数、对偶向量及代数形式 19
2.4.1对偶环微积分 21
2.4.2对偶向量和对偶矩阵 23
2.4.3单位旋量和特殊正交对偶矩阵 25
2.5外代数简介 27
习题 29
参考文献 31
第3章 刚体运动的表示 32
3.1平移和旋转 32
3.2线速度和角速度 38
3.3位置和方向的统一表示 42
3.4切空间和雅可比矩阵变换 48
习题 52
参考文献 54
第4章 机器人运动学和静力学 55
4.1 D-H法 55
4.2刚体运动的齐次变换 57
4.3运动学反解 62
4.4雅可比矩阵和微分运动 68
4.5对偶变换 73
4.6机器人静力学 77
4.7计算机仿真实践 85
4.7.1斯坦福机器人运动 85
4.7.2工业机器人模型及其运动 86
习题 87
参考文献 90
第5章 冗余机器人和混联机器人系统 91
5.1广义逆矩阵 91
5.2冗余机器人 93
5.3混联机器人系统 105
5.4并联机构的运动学建模 110
5.4.1 Stewart平台 110
5.4.2雅可比方程和对偶原理 117
5.4.3 3＋3自由度混联机器人手臂建模和分析 124
5.5计算机仿真实践 132
习题 134
参考文献 136
第6章 机器人手臂数字样机和3D动画 138
6.1 MATLAB中的基本曲面绘制和数据结构 138
6.2机器人手臂的数字化建模和装配 145
6.3运动规划和3D动画 149
习题 152
参考文献 153
第7章 机器人动力学：建模和方程 154
7.1机器人动力学的几何解释 154
7.2牛顿-欧拉算法 157
7.3拉格朗日方程 162
7.4惯性矩阵的确定 163
7.5位形流形和等距嵌入 171
7.5.1度量分解和流形嵌入 172
7.5.2位形流形的等距嵌入 178
7.5.3组合等距嵌入和结构矩阵 180
7.5.4最小等距嵌入和等距化 181
7.6简洁动力学方程 191
习题 193
参考文献 193
第8章 机器人系统控制 196
8.1路径规划和轨迹跟踪 196
8.2独立关节伺服控制 199
8.3输入/输出映射和系统可逆性 203
8.3.1输入/输出映射和相对度的概念 203
8.3.2系统的可逆性及应用 207
8.4精确线性化和可线性化理论 208
8.4.1对合性和完全可积性 209
8.4.2输入状态线性化过程 210
8.4.3输入/输出线性化过程 213
8.4.4输入/输出通道的动态扩展 217
8.4.5线性子系统和内部动态 220
8.4.6零动态和最小相位系统 222
8.5机器人系统动态控制 232
8.5.1李雅普诺夫稳定性理论 233
8.5.2设定点稳定性和轨迹跟踪控制策略 237
8.6多级联系统反推控制器设计 239
8.6.1李雅普诺夫直接法控制器设计 239
8.6.2反推递推法控制器设计 242
8.7机器人自适应控制系统 248
8.8计算机仿真实践 260
8.8.1 3关节类斯坦福机器人手臂动力学建模和控制 260
8.8.2欠驱动机器人系统建模和控制 261
8.8.3并联机器人动力学建模和控制 262
习题 263
参考文献 266
第9章 数字人建模：运动学和静力学 268
9.1局部与全局运动学模型和运动类型 268
9.2五点模型的局部和全局雅可比矩阵 280
9.3运动范围和力的范围 284
9.3.1人体结构体系基本概念 284
9.3.2人体运动系统概述 285
9.3.3运动范围和关节舒适区 287
9.3.4关节力的范围 289
9.4数字人静力学 293
9.4.1关节力矩分布和平衡法则 293
9.4.2由重力产生的关节力矩分布 300
9.5姿态优化准则 304
9.5.1关节舒适准则 305
9.5.2对接关节力矩分布准则 305
9.5.3最小做功的目标 312
习题 312
参考文献 313
第10章 数字人建模：三维实体模型和运动生成 315
10.1利用MATLAB建立人体模型 315
10.2手部模型和数字传感 325
10.3运动规划和定量描述 334
10.4人体基本运动分析：行走、奔跑和跳跃 342
10.5数字人现实运动生成 344
习题 358
参考文献 358
第11章 数字人建模：动力学和交互式控制 360
11.1动力学模型、算法及实现 360
11.2 δ力激励和步态动力学 364
11.3模拟汽车碰撞中的数字人动力学运动 366
11.4简易爆炸装置中的人体模型动力学建模和分析 372
11.5车辆主动系统的动态交互式控制 376
11.5.1车辆主动约束系统建模和控制 377
11.5.2主动悬挂系统模型和人机交互控制 383
11.6数字人建模展望 384
习题 386
参考文献 386
索引 388