机器人学基础/普通高等教育新工科机器人工程系列教材

本书系统地介绍了机器 人学的基础理论知识，重心 放在机器人机构、建模、规 划与控制等方面，为本科机 器人工程及相关专业的入门 教材。 本书可作为机器人工程 等专业本科专业教材或研究 生教材，也可作为相关科研 人员与工程技术人员参考用 书。

前言 符号表 第1章 绪论 1.1 机器人的起源与发展 1.1.1 古代有关机器人的记载 1.1.2 近、现代机器人的发展 1.2 机器人的定义、分类与应用 1.2.1 机器人的定义 1.2.2 机器人的分类 1.2.3 机器人的典型应用 1.3 机器人学的知识体系与发展方向 1.3.1 知识体系 1.3.2 发展方向 1.4 本书内容与学习目标 1.4.1 章节安排与内容导读 1.4.2 学习目标 1.4.3 如何使用本书 习题 第2章 机器人系统组成 2.1 机器人系统的组成 2.2 两类典型的机器人系统 2.2.1 操作臂 2.2.2 移动机器人 2.3 机器人驱动器 2.3.1 电动机 2.3.2 液压驱动器 2.3.3 气动驱动器 2.3.4 其他驱动器类型 2.4 机器人传动系统 2.4.1 常见的机器人传动机构 2.4.2 机器人专用减速器 2.5 机器人传感器 2.5.1 典型的内传感器 2.5.2 典型的外传感器 2.6 机器人控制系统 2.6.1 软件架构 2.6.2 硬件架构 2.7 机器人的主要性能指标 2.8 本章小结 延读文献 习题 第3章 机器人机构 3.1 机器人机构的基本组成 3.1.1 机构的基本组成元素：构件与运动副 3.1.2 运动链、机构与机器人 3.1.3 机器人机构的表示 3.2 机器人机构的简单分类 3.3 串联机器人机构 3.3.1 手臂机构 3.3.2 手腕机构 3.3.3 机器人手爪 3.4 并/混联机器人机构 3.5 机器人机构的自由度 3.5.1 与自由度相关的几个基本概念 3.5.2 自由度计算公式 3.6 本章小结 延读文献 习题 第4章 位姿描述与变换 4.0 预备知识 4.0.1 坐标系与点的坐标表示 4.0.2 三维矢量及其运算 4.1 位姿描述 4.1.1 概述 4.1.2 平面刚体的位姿描述 4.1.3 空间刚体的位置描述 4.1.4 空间刚体的姿态描述 4.1.5 空间刚体的位姿描述 4.2 刚体变换 4.2.1 坐标映射 4.2.2 运动算子 4.2.3 逆变换 4.2.4 复合变换 4.2.5 变换方程 4.2.6 自由矢量的变换 4.3 三角度姿态描述 4.3.1 欧拉角 4.3.2 固定角 4.4 等效轴-角与单位四元数 4.4.1 基于等效轴-角的旋转变换 4.4.2 单位四元数 4.4.3 不同姿态描述之间的对比及映射关系总结 *4.5 对齐次变换的再认识 4.6 本章小结 延读文献 习题 第5章 串联机器人的位移分析 5.1 位移分析的主要任务及意义 5.2 位移分析的基本原理与基本方法 5.2.1 基本原理：闭环方程 5.2.2 求解逆运动学的通用方法数值法 5.3 D-H参数与串联机器人的正运动学求解 5.3.1 D-H参数法的由来 5.3.2 D-H参数定义 5.3.3 前置坐标系及前置D-H矩阵 5.3.4 基于前置D-H参数法的串联机器人位移求解 *5.3.5 后置D-H参数法与串联机器人的正向运动学求解 5.4 串联机器人的位移反解 5.5 综合实例 *5.6 串联机器人位移求解的指数积公式 5.7 位姿描述与工作空间 5.7.1 位姿描述 5.7.2 工作空间 5.8 本章小结 延读文献 习题 第6章 串联机器人的速度与静力分析 6.1 速度与静力分析的主要任务及意义 6.2 速度矢量和雅可比的定义 6.2.1 广义速度矢量的符号表达和定义 6.2.2 任意两刚体之间的速度关系 6.2.3 雅可比的定义 6.3 速度雅可比的求解 6.3.1 直接微分法 6.3.2 递推法 *6.3.3 矢量积法 6.3.4 几何雅可比与解析雅可比之间的变换 6.4 奇异位姿与运动学奇异 6.4.1 有关奇异的基本概念 6.4.2 奇异性分析 6.5 机器人自由度类型与速度雅可比 *6.6 雅可比的广义逆 6.6.1 冗余度机器人的逆雅可比 6.6.2 奇异位姿下的逆雅可比 6.7 串联机器人静力学 6.7.1 静力雅可比 6.7.2 静力雅可比与速度雅可比之间的对偶性 6.7.3 递推法计算关节力/力矩 6.7.4 刚体上两点间速度和力的关系 6.8 串联机器人性能分析与评价 6.8.1 灵巧性分析 6.8.2 力椭球 6.9 本章小结 延读文献 习题 第7章 并联机器人运动学基础 7.1 并联机器人的主要应用 7.2 并联机器人的位移求解 7.2.1 求解方法概述 7.2.2 实例分析 7.3 并联机器人的速度雅可比 7.3.1 位移方程直接求导法 *7.3.2 旋量法 7.4 并联机器人的奇异性分析 7.4.1 并联机器人奇异的分类 7.4.2 并联机器人奇异的求解方法简介 7.5 本章小结 延读文献 习题 第8章 串联机器人的动力学建模 8.1 机器人动力学建模的目的与意义 8.2 刚体的惯性 8.3 基于拉格朗日方程的串联机器人动力学建模 8.4 基于牛顿-欧拉方程的串联