机器人学基础 第3版

本书是一部比较系统和全面的机器人学导论性著作，主要介绍机器人学的基本原理及其应用，反映了国内外机器人学研究和应用的近期新进展。全书共8章，主要内容包括机器人学的起源与发展、机器人学的数理基础、机器人运动学的表示与求解、机器人动力学方程、机器人的控制原则和控制方法、机器人传感器、机器人轨迹规划、机器人编程、机器人的研究和应用领域等。本书特别适合作为普通高校和职业髙校本科生的机器人学教材，也适合从事机器人学研究、开发和应用的科技人员参考。

蔡自兴，IEEE院士和IEEE终身院士（Fellow）、国际导航与运动控制科学院院士、纽约科学院院士、联合国专家，中南大学信息科学与工程学院教授、博士生导师，湖南省自兴人工智能研究院首席科学家。首届全国高校重量教学名师奖、吴文俊人工智能科技奖成就奖、徐特立教育奖、宝钢全国优秀教师奖特等奖获得者。历任第八届湖南省政协副主席和全国政协第九届和第十届委员会委员，兼任中国人工智能学会副理事长及智能机器人专业委员会创会主任、IEEE计算智能学会评奖委员会委员和IEEE CIS进化计算技术委员会委员等。已在国内外编著出版专著和教材50多部（版），发表论文1000余篇，他引数万次。主持重量精品课程、精品资源共享课程、重量教学团队等国家教育部质量工程项目8项。是我国人工智能、智能控制、机器人学诸学科的学术带头人之一，被誉为“中国人工智能教育第一人”“中国智能机器人学科创始人”“中国智能控制奠基者”。

代序
前言
第1章绪论
1.1机器人学的发展
1.1.1机器人的由来
1.1.2机器人的定义
1.1.3国际机器人学的进展
1.1.4中国机器人学的进展
1.2机器人的特点、结构与分类
1.2.1机器人的主要特点
1.2.2机器人系统的结构
1.2.3机器人的自由度
1.2.4机器人的分类
1.3机器人学与人工智能
1.3.1机器人学与人工智能的关系
1.3.2机器人学的研究领域和智能机器人
1.4机器人学的应用领域
1.4.1工业机器人
1.4.2探索机器人
1.4.3服务机器人
1.4.4军用机器人
1.5机器人市场的现状和趋势
1.5.1国际机器人市场
1.5.2中国工业机器人市场
1.6本书概要
1.7本章小结
习题
第2章数理基础
2.1位置和姿态的表示
2.1.1位置描述
2.1.2方位描述
2.1.3位姿描述
2.2坐标变换
2.2.1平移坐标变换
2.2.2旋转坐标变换
2.3齐次坐标变换
2.3.1齐次变换
2.3.2平移齐次坐标变换
2.3.3旋转齐次坐标变换
2.4物体的变换及逆变换
2.4.1物体位置描述
2.4.2齐次变换的逆变换
2.4.3变换方程初步
2.5通用旋转变换
2.5.1通用旋转变换公式
2.5.2等效转角与转轴
2.6本章小结
习题
第3章机器人运动学
3.1机器人运动方程的表示
3.1.1运动姿态和方向角
3.1.2运动位置和坐标
3.1.3连杆变换矩阵及其乘积
3.2机械手运动方程的求解
3.2.1欧拉变换解
3.2.2滚、仰、偏变换解
3.2.3球面变换解
3.3PUMA560机器人运动方程
3.3.1PUMA560运动分析
3.3.2PUMA560运动综合
3.4本章小结
习题
第4章机器人动力学
4.1刚体动力学
4.1.1刚体的动能与位能
4.1.2动力学方程的两种求法
4.2机械手动力学方程
4.2.1速度的计算
4.2.2动能和位能的计算
4.2.3动力学方程的推导
4.3本章小结
习题
第5章机器人控制
5.1机器人的基本控制原则
5.1.1基本控制原则
5.1.2伺服控制系统举例
5.2机器人的位置控制
5.2.1直流传动系统的建模
5.2.2位置控制的基本结构
5.2.3单关节位置控制器
5.2.4多关节位置控制器
5.3机器人的力和位置混合控制
5.3.1力和位置混合控制方案
5.3.2力和位置混合控制系统控制规律的综合
5.4机器人的智能控制
5.4.1智能控制系统的分类
5.4.2机器人自适应模糊控制
5.4.3多指灵巧手的神经控制
5.5深度学习在机器人控制中的应用
5.6本章小结
习题
第6章机器人传感器
6.1机器人传感器概述
6.1.1机器人传感器的特点与分类
6.1.2应用传感器时应考虑的问题
6.2内传感器
6.2.1位移位置传感器
6.2.2速度和加速度传感器
6.2.3力觉传感器
6.3外传感器
6.3.1触觉传感器
6.3.2应力传感器
6.3.3接近度传感器
6.3.4其他外传感器
6.4机器人视觉装置
6.4.1机器人眼
6.4.2视频信号数字变换器
6.4.3固态视觉装置
6.4.4激光雷达
6.5本章小结
习题
第7章机器人轨迹规划
7.1轨迹规划应考虑的问题
7.2关节轨迹的插值计算
7.2.1三次多项式插值
7.2.2过路径点的三次多项式插值
7.2.3高阶多项式插值
7.2.4用抛物线过渡的线性插值
7.2.5过路径点用抛物线过渡的线性插值
7.3笛卡儿路径轨迹规划
7.4规划轨迹的实时生成
7.5本章小结
习题
第8章机器人编程
8.1机器人编程要求与语言类型
8.1.1对机器人编程的要求
8.1.2机器人编程语言的类型
8.2机器人语言系统结构和基本功能
8.2.1机器人语言系统的结构
8.2.2机器人编程语言的基本功能
8.3机器人操作系统ROS
8.4常用的工业机器人编程语言
8.4.1VAL语言
8.4.2SIGLA语言
8.4.3IML语言
8.4.4AL语言
8.5解释型脚本语言Python
8.5.1Python语言的基本数据结构
8.5.2选择结构和循环结构
8.5.3Python的函数
8.6基于MATLAB的机器人学仿真
8.6.1坐标变换
8.6.2构建机器人对象
8.6.3机器人运动学求解
8.6.4轨迹规划
8.7机器人的离线编程
8.7.1机器人离线编程的特点和主要内容
8.7.2机器人离线编程系统的结构
8.8本章小结
习题
参考文献