机器人建模和控制(原书第2版)

本书是机器人领域的经典书籍，被卡内基·梅隆大学、伊利诺伊大学、约翰斯·霍普金斯大学等众多名校选作教材。第2版反映了过去十年间机器人领域的一系列变化，通过案例研究和例题来讲解机器人运动学、动力学和控制。

本书反映了过去十年间机器人领域的一系列变化，通过案例研究和例题来讲解机器人运动学、动力学和控制。本书对机器人控制和数学基础的讲解尤为深入且系统，首先介绍机器人学和运动控制的基础，之后深入研究控制理论和非线性系统分析，并以双连杆机器人为例将本书所涵盖的内容融为一体。第2版新增了关于移动机器人和欠驱动机器人的两章，修订了关于视觉、控制和运动规划的部分，涵盖碰撞躲避和轨迹优化等内容。此外，本书还扩展了大量例题、仿真、习题和案例研究，广泛适用于本科生和研究生的教学。

译者序
前言
第1章导论1
1.1机器人的数学模型3
1.1.1机器人的符号表示3
1.1.2位形空间4
1.1.3状态空间4
1.1.4工作空间4
1.2作为机械装置的机器人4
1.2.1机器人机械臂的分类5
1.2.2机器人系统6
1.2.3精度和重复精度6
1.2.4手腕和末端执行器7
1.3常见的运动学配置8
1.3.1关节型机械臂8
1.3.2球坐标型机械臂9
1.3.3SCARA型机械臂9
1.3.4圆柱型机械臂10
1.3.5笛卡儿型机械臂10
1.3.6并联机械臂11
1.4本书概要11
1.4.1机械臂11
1.4.2欠驱动和移动机器人16
习题16
附注与参考17
第一部分机器人的几何基础
第2章刚体运动20
2.1位置的表示20
2.2旋转的表示21
2.2.1平面内的旋转21
2.2.2三维空间内的旋转23
2.3旋转变换24
2.4旋转的叠加27
2.4.1相对于当前坐标系的旋转27
2.4.2相对于固定坐标系的旋转28
2.4.3旋转变换的叠加规则29
2.5旋转的参数化30
2.5.1欧拉角30
2.5.2滚动角、俯仰角和偏航角32
2.5.3转轴/角度表示32
2.5.4指数坐标34
2.6刚体运动的概念35
2.6.1齐次变换36
2.6.2一般刚体运动的指数坐标37
2.7本章总结38
习题39
附注与参考42
第3章正运动学43
3.1运动链43
3.2Denavit-Hartenberg约定45
3.2.1存在及专享性问题46
3.2.2坐标系的配置47
3.3正运动学实例50
3.3.1平面肘型机械臂50
3.3.2三连杆圆柱型机器人51
3.3.3球型手腕51
3.3.4带有球型手腕的圆柱型机械臂52
3.3.5斯坦福机械臂53
3.3.6SCARA型机械臂54
3.4本章总结56
习题56
附注与参考57
第4章速度运动学58
4.1角速度：固定转轴情况58
4.2反对称矩阵59
4.2.1反对称矩阵的性质60
4.2.2旋转矩阵的导数60
4.3角速度：一般情况61
4.4角速度的叠加62
4.5移动坐标系中某点的线速度63
4.6雅可比矩阵的推导64
4.6.1角速度64
4.6.2线速度65
4.6.3线速度和角速度雅可比矩阵的叠加66
4.7工具速度69
4.8分析雅可比70
4.9奇点71
4.9.1奇点的解耦72
4.9.2手腕奇点73
4.9.3手臂奇点73
4.10静态力/力矩的关系75
4.11逆向速度和加速度76
4.12可操作性77
4.13本章总结79
习题80
附注与参考81
第5章逆运动学82
5.1一般的逆运动学问题82
5.2运动解耦83
5.3逆位置求解：一种几何方法84
5.3.1球坐标型位形85
5.3.2关节型位形86
5.4逆姿态88
5.5逆运动学的数值方法91
5.5.1逆雅可比法91
5.5.2雅可比转置法92
5.6本章总结93
习题93
附注与参考94
第二部分运动学和运动规划
第6章动力学96
6.1欧拉拉格朗日方程96
6.1.1动机96
6.1.2完整约束和虚功98
6.1.3达朗贝尔原理101
6.2动能和势能102
6.2.1惯性张量103
6.2.2n连杆机器人的动能104
6.2.3n连杆机器人的势能104
6.3运动方程105
6.4一些常见位形106
6.4.1双连杆直角坐标机械臂106
6.4.2平面肘型机械臂107
6.4.3带有远程驱动连杆的平面肘型机械臂109
6.4.4五杆机构110
6.5机器人动力学方程的性质112
6.5.1反对称性和无源性112
6.5.2惯性矩阵的有界性113
6.5.3参数的线性化114
6.6牛顿-欧拉公式115
6.7本章总结121
习题123
附注与参考124
第7章路径和轨迹规划125
7.1位形空间125
7.1.1位形空间的表示126
7.1.2位形空间障碍物126
7.1.3位形空间中的路径128
……