機(jī)器人原理與技術(shù)

第1章 緒論
1.1 機(jī)器人概述
1.1.1 古代機(jī)器人
1.1.2 機(jī)器人三定律
1.1.3 現(xiàn)代機(jī)器人
1.1.4 機(jī)器人技術(shù)大發(fā)展
1.1.5 機(jī)器人在中國
1.2 機(jī)器人的相關(guān)定義及術(shù)語
1.2.1 機(jī)器人的定義
1.2.2 機(jī)器人學(xué)
1.2.3 操作機(jī)器人（工業(yè)機(jī)器人）
1.2.4 智能機(jī)器人和自主機(jī)器人
1.2.5 機(jī)器人系統(tǒng)
1.2.6 多機(jī)器人系統(tǒng)和多智能體系統(tǒng)
1.2.7 微納機(jī)器人和微納操作系統(tǒng)
1.2.8 模塊化及可重構(gòu)機(jī)器人
1.2.9 機(jī)器人化機(jī)器
1.3 機(jī)器人分類
1.3.1 機(jī)器人的代
1.3.2 機(jī)器人的分類
1.3.3 機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域分類
1.4 機(jī)器人學(xué)的技術(shù)及相關(guān)科學(xué)
1.4.1 機(jī)器人的主要技術(shù)
1.4.2 機(jī)器人的相關(guān)科學(xué)與學(xué)科知識(shí)構(gòu)成
1.4.3 機(jī)器人學(xué)的研究內(nèi)容
1.5 機(jī)器人技術(shù)展望
1.5.1 國際先進(jìn)機(jī)器人計(jì)劃(IARP）
1.5.2 中國的“863計(jì)劃”
1.5.3 機(jī)器人的最偉大成就及未來的前景
1.5.4 機(jī)器人對人類的挑戰(zhàn)
1.5.5 機(jī)器人的研究拓展至哲學(xué)及社會(huì)學(xué)范疇
1.6 本章小結(jié)
第2章 機(jī)器人的組成原理及機(jī)構(gòu)學(xué)基礎(chǔ)
2.1 機(jī)器人的組成原理
2.1.1 機(jī)器人系統(tǒng)組成
2.1.2 機(jī)器人本體
2.1.3 機(jī)器人感知系統(tǒng)
2.1.4 機(jī)器人控制系統(tǒng)
2.1.5 機(jī)器人決策系統(tǒng)
2.1.6 通信系統(tǒng)
2.1.7 人機(jī)交互系統(tǒng)
2.1.8 機(jī)器人的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.1.9 機(jī)器人軟件系統(tǒng)構(gòu)成
2.2 機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法
2.2.1 機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則
2.2.2 機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)的四個(gè)階段
2.2.3 機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中問題的解決方法
2.3 機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)
2.3.1 坐標(biāo)系統(tǒng)
2.3.2 操作機(jī)構(gòu)類型
2.3.3 移動(dòng)機(jī)構(gòu)類型
2.4 運(yùn)動(dòng)副及自由度
2.4.1 運(yùn)動(dòng)副及其分類
2.4.2 運(yùn)動(dòng)副與關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)
2.4.3 關(guān)節(jié)及其分類
2.4.4 與自由度的關(guān)系
2.4.5 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)副（關(guān)節(jié)）符號(hào)
2.4.6 自由度
2.4.7 機(jī)動(dòng)度
2.5 典型機(jī)構(gòu)
2.5.1 聯(lián)軸器
2.5.2 減速器
2.5.3 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
2.5.4 直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
2.5.5 其他常用機(jī)構(gòu)
2.6 機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)與性能評(píng)價(jià)
2.6.1 指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)內(nèi)容（機(jī)器人技術(shù)指標(biāo)與性能評(píng)價(jià)）
2.6.2 機(jī)器人對控制系統(tǒng)的基本要求
2.7 本章小結(jié)
第3章 機(jī)器人坐標(biāo)系及坐標(biāo)變換
3.1 位置與姿態(tài)
3.2 正交坐標(biāo)系
3.2.1 正交坐標(biāo)系及矢量基礎(chǔ)
3.2.2 位置的描述
3.2.3 姿態(tài)的描述
3.3 運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)表示
3.3.1 平動(dòng)的坐標(biāo)表示
3.3.2 轉(zhuǎn)動(dòng)的坐標(biāo)表示
3.3.3 復(fù)合運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)表示
3.4 齊次坐標(biāo)及其變換
3.4.1 齊次坐標(biāo)的定義和性質(zhì)
3.4.2 齊次變換和齊次矩陣
3.4.3 齊次變換的性質(zhì)
3.5 機(jī)器人坐標(biāo)系統(tǒng)
3.5.1 機(jī)器人坐標(biāo)系統(tǒng)的構(gòu)成
3.5.2 變換方程的建立
3.6 本章小結(jié)
習(xí)題
第4章 機(jī)器人位置運(yùn)動(dòng)學(xué)
4.1 機(jī)器人參數(shù)及其確定
4.1.1 以回轉(zhuǎn)副連接的兩桿件的D-H參數(shù)的確定
4.1.2 變換矩陣的確立
4.1.3 以移動(dòng)副連接的兩桿件的D-H參數(shù)的確定
4.2 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程
4.2.1 三種簡化情況的齊次變換矩陣
4.2.2 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程的解
4.3 從手部位姿到關(guān)節(jié)變量——運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題
4.3.1 θ－r操作機(jī)的手臂解
4.3.2 手部姿態(tài)角的確定
4.3.3 6關(guān)節(jié)操作機(jī)的手臂解
4.3.4 在求手臂解時(shí)出現(xiàn)的兩個(gè)問題
4.4 本章小結(jié)
習(xí)題
第5章 機(jī)器人速度運(yùn)動(dòng)學(xué)
5.1 機(jī)器人的微分移動(dòng)
5.2 微分轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)定理
5.3 微分算子
5.4 雅可比矩陣及其變換
5.4.1 雅可比矩陣
5.4.2 θ－r操作機(jī)的雅可比矩陣及其逆矩陣
5.4.3 雅可比矩陣的物理意義
5.5 本章小結(jié)
習(xí)題
第6章 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)
6.1 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)研究概述
6.2 拉格朗日動(dòng)力學(xué)方法
6.2.1 用于保守系統(tǒng)的拉格朗日方程
6.2.2 用于非保守系統(tǒng)的拉格朗日方程
6.2.3 拉格朗日函數(shù)方法
6.2.4 拉格朗日方程的特點(diǎn)
6.3 θ－r操作機(jī)的動(dòng)力學(xué)分析
6.3.1 操作機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型
6.3.2 建立拉格朗日函數(shù)
6.3.3 廣義力的計(jì)算
6.3.4 應(yīng)用實(shí)例分析
6.4 倒立擺系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析
6.4.1 倒立擺系統(tǒng)及其基本假設(shè)
6.4.2 用牛頓力學(xué)的方法來建立一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型
6.4.3 用拉格朗日函數(shù)法建立動(dòng)力學(xué)模型（Ⅰ）
6.4.4 用拉格朗日函數(shù)法建立動(dòng)力學(xué)模型（Ⅱ）
6.4.5 三種動(dòng)力學(xué)建模方法之比較
6.5 本章小結(jié)
習(xí)題
第7章 機(jī)器人控制
7.1 概述
7.1.1 機(jī)器人控制系統(tǒng)構(gòu)成
7.1.2 工業(yè)機(jī)器人的典型控制方式
7.1.3 機(jī)器人控制的特點(diǎn)
7.1.4 主要控制策略
7.2 伺服控制器
7.2.1 單關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳遞函數(shù)
7.2.2 單關(guān)節(jié)的建模與角度反饋比例控制
7.3 示教再現(xiàn)與軌跡控制
7.3.1 軌跡記錄與再現(xiàn)
7.3.2 笛卡兒運(yùn)動(dòng)與軌跡設(shè)計(jì)
7.3.3 軌跡控制多項(xiàng)式
7.3.4 笛卡兒控制
7.4 機(jī)器人的力控制
7.4.1 以位移控制為基礎(chǔ)
7.4.2 以廣義力控制為基礎(chǔ)
7.4.3 位置和力的混合控制
7.5 機(jī)器人的柔順控制
7.5.1 任務(wù)系和約束
7.5.2 組合控制策略
7.5.3 柔性（也稱柔順運(yùn)動(dòng)）機(jī)器人控制系統(tǒng)
7.6 倒立擺控制系統(tǒng)（單足機(jī)器人系統(tǒng)）分析與設(shè)計(jì)
7.6.1 問題概述
7.6.2 車擺系統(tǒng)建模
7.6.3 狀態(tài)方程的建立
7.6.4 系統(tǒng)分析
7.6.5 最優(yōu)控制器設(shè)計(jì)
7.6.6 最優(yōu)觀測器設(shè)計(jì)
7.7 擦地板機(jī)器人
7.8 本章小結(jié)
習(xí)題
第8章 機(jī)器人軌跡規(guī)劃及仿真
8.1 機(jī)器人位姿的描述
8.1.1 位置的描述
8.1.2 方位的描述
8.1.3 位姿的描述
8.2 坐標(biāo)變換
8.2.1 平移變換
8.2.2 旋轉(zhuǎn)變換
8.2.3 復(fù)合變換
8.3 連桿參數(shù)和連桿坐標(biāo)系統(tǒng)
8.3.1 連桿描述
8.3.2 連桿連接的描述
8.3.3 連桿坐標(biāo)系的規(guī)定
8.3.4 建立連桿坐標(biāo)系的步驟
8.3.5 連桿參數(shù)的總結(jié)
8.4 連桿變換
8.5 機(jī)器人操作臂運(yùn)動(dòng)學(xué)方程
8.6 運(yùn)動(dòng)學(xué)方程反解的討論
8.6.1 解的存在性和工作空間
8.6.2 反解的唯一性和最優(yōu)解
8.7 幾種機(jī)器人空間的關(guān)系
8.8 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)中的速度分析
8.9 機(jī)器人的MATLAB仿真
8.9.1 MATLAB環(huán)境的機(jī)器人仿真工具
8.9.2 構(gòu)建機(jī)器人對象
8.9.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真
8.10 本章小結(jié)
習(xí)題
第9章 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真實(shí)例
9.1 關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃
9.1.1 三次多項(xiàng)式插值
9.1.2 五次多項(xiàng)式插值
9.1.3 三次多項(xiàng)式五次多項(xiàng)式軌跡規(guī)劃對比
9.2 直角坐標(biāo)空間的軌跡規(guī)劃
9.2.1 直線插補(bǔ)算法
9.2.2 圓弧插補(bǔ)算法
9.3 B樣條曲線
9.3.1 四階三次均勻B樣條函數(shù)的推導(dǎo)方法
9.3.2 四階三次B樣條曲線的性質(zhì)
9.3.3 控制點(diǎn)的求法
9.3.4 邊界條件
9.4 機(jī)器臂軌跡規(guī)劃仿真
9.4.1 機(jī)器臂在笛卡兒空間做直線運(yùn)動(dòng)仿真
9.4.2 機(jī)器臂在笛卡兒空間做圓弧運(yùn)動(dòng)仿真
9.4.3 機(jī)器臂在笛卡兒空間做三次B樣條運(yùn)動(dòng)仿真
9.5 本章小結(jié)
第10章 雙機(jī)器人協(xié)調(diào)仿真實(shí)例
10.1 雙機(jī)器人協(xié)調(diào)作業(yè)的分析
10.2 插值算法
10.2.1 笛卡兒路徑軌跡規(guī)劃
10.2.2 線性函數(shù)插值
10.2.3 空間圓弧插補(bǔ)算法
10.3 建立puma560機(jī)器人模型
10.4 puma560運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真
10.5 雙機(jī)器人協(xié)調(diào)仿真
10.5.1 空間直線運(yùn)動(dòng)
10.5.2 平面圓弧運(yùn)動(dòng)
10.5.3 空間圓弧運(yùn)動(dòng)
10.5.4 正弦曲線
10.5.5 拋物線
10.6 雙機(jī)器人的工作空間
10.7 雙機(jī)器人的分層控制
10.7.1 關(guān)節(jié)控制級(jí)
10.7.2 本體控制級(jí)
10.7.3 對象控制級(jí)
10.7.4 任務(wù)控制級(jí)
10.8 雙機(jī)器人關(guān)節(jié)最優(yōu)軌跡規(guī)劃
10.8.1 問題建模及任務(wù)描述
10.8.2 最優(yōu)時(shí)間關(guān)節(jié)加速度
10.8.3 機(jī)器人協(xié)作最優(yōu)時(shí)間軌跡
10.8.4 雙臂機(jī)器人仿真實(shí)驗(yàn)
10.9 本章小結(jié)
附錄A 有關(guān)機(jī)器人的主要技術(shù)期刊及著名國際會(huì)議
附錄B 操作機(jī)器人
B.1 操作機(jī)器人直線運(yùn)動(dòng)程序
B.2 操作機(jī)器人圓弧運(yùn)動(dòng)程序
B.3 操作機(jī)器人三次B樣條運(yùn)動(dòng)程序
參考文獻(xiàn)