机器人机构学

本书以经典串、并、混联机器人为主要对象，以“设计”为主线，沿袭传统机构学研究的三个主题——结构学、运动学、动力学，展开相关“型”“性”“度”分析及设计方面的系统讨论。全书共14章。第1章为绪论。第2章介绍与本书内容密切相关的数学知识，包括回顾线性代数的主要知识点，以及阐述线几何与旋量理论基础等新内容，为后续各章提供数学基础。第3章介绍位形空间与刚体运动，为后续各章提供物理基础。第4章介绍常用机器人机构，为后续各章提供研究对象。第5、6章主要讲述机器人机构的自由度与运动模式分析以及构型综合，属于机器人结构学的研究范畴。第7～10章的内容属于机器人运动学的研究范畴。第7章是机器人运动学基础，主要介绍常用串、并联机器人位移的正、反解求解方法。第8、9章分别从速度雅可比和运动/力交互特性两个角度对机器人的运动性能进行评价。第10章简单介绍了一些有关机器人运动学尺度综合及优化设计的内容。第11、12章分别简单介绍了机器人静力学（含静刚度）和动力学的基础知识。第13章主要涉及柔性机器人机构学的基本内容，是对刚体机器人机构学研究内容的补充。第14章给出了两个综合设计实例，反映对前述理论方法的应用。本书可作为机器人相关专业的本科高年级学生及研究生的教材，也可作为相关科研人员与工程技术人员的参考用书。

前言符号表第１章  绪论…………………………………… １１-１  机器人的起源与发展 …………………… １１-２  机器人机构学的诞生 …………………… ３１-３  机器人机构学的主要研究内容 ………… ５１-４  章节安排与内容导读 …………………… ６习题……………………………………………… ８第２章  数学基础 …………………………… ９２-１  坐标系与三维向量的运算 ……………… ９２-１-１  坐标系与点的坐标表示 …………… ９２-１-２  三维向量及其运算………………… １０２-２  矩阵与线性空间………………………… １２２-２-１  矩阵及其运算……………………… １２２-２-２  线性空间与线性变换……………… １４２-２-３  雅可比的概念……………………… １４２-３  线几何…………………………………… １５２-３-１  欧几里得几何、射影几何与齐次坐标………１５２-３-２  线矢量……………………………… １６２-３-３  格拉斯曼线几何…………………… １８２-４  旋量与旋量系…………………………… １９２-４-１  旋量、线矢量与偶量……………… １９２-４-２  旋量的基本运算…………………… ２０２-４-３  旋量系……………………………… ２１  扩展阅读文献 ………………………………… ２３  习题 …………………………………………… ２４第３章  位形空间与刚体运动 …………… ２５３-１  位形空间………………………………… ２５３-２  刚体位姿的描述………………………… ２８３-３  刚体运动与刚体变换…………………… ３２３-３-１  坐标 （系）映射…………………… ３２３-３-２  典型的刚体运动与刚体变换……… ３６３-３-３  复合变换…………………………… ４２３-３-４  自由矢量的变换…………………… ４５３-４  刚体姿态的其他描述方法……………… ４６３-４１  欧拉角 （Ｅｕｌｅｒａｎｇｌｅ） ……………４６３-４-２  ＲＰＹ角 …………………………… ５０３-４-３  等效轴角 ………………………… ５２３-４-４  单位四元数………………………… ５６３-４-５  不同姿态描述之间的对比及映射关系总结………６０３-５  运动旋量与刚体运动…………………… ６１３-５-１  基于等效轴角表示的齐次变换推导…………………… ６１３-５-２  螺旋运动与螺旋变换……………… ６６３-６  刚体速度………………………………… ７０３-６-１  线速度、角速度的描述及物理意义……………………… ７０３-６-２  刚体速度的描述与速度旋量……… ７２３-７  力旋量…………………………………… ７５３-７-１  力旋量的定义……………………… ７５３-７-２  约束力旋量………………………… ７７３-８  本章小结………………………………… ７９  扩展阅读文献 ………………………………… ８０  习题 …………………………………………… ８０第４章  常用机器人机构 ………………… ８４４-１  机器人机构的基本组成………………… ８４４-１-１  机构的基本组成元素：构件与运动副……… ８４４-１-２  运动链、机构与机器人…………… ８７４-１-３  机器人机构的表示………………… ８８  ４２  机器人机构的分类……………………… ９０  ４３  串联机器人机构………………………… ９１    ４３１  手臂机构…………………………… ９２    ４３２  手腕机构…………………………… ９４    ４３３  机器人手爪………………………… ９７  ４４  并／混联机器人机构 …………………… ９９  ４５  移动机器人机构 ……………………… １０４Ⅵ  机器人机构学    ４５１  轮式移动机器人机构 …………… １０５    ４５２  足式移动机器人机构 …………… １０７  ４６  驱动、传动机构 ……………………… １１０    ４６１  常用的驱动器 …………………… １１０    ４６２  传动机构与机器人用减速器 …… １１１  ４７  与机器人机构相关的性能描述 ……… １１４  ４８  本章小结 ……………………………… １１７  扩展阅读文献………………………………… １１７  习题…………………………………………… １１８第５章  自由度与运动模式分析 ……… １２３  ５１  与自由度相关的基本概念 …………… １２３  ５２  自由度计算公式 ……………………… １２６  ５３  自由度与过约束分析 ………………… １３０    ５３１  旋量理论的线图描述方法 ……… １３０    ５３２  自由度与约束分析 ……………… １３６  ５４  机器人的运动模式 …………………… １４４    ５４１  机器人位形空间的位移流形描述 ……………………………… １４４    ５４２  运动模式分析 …………………… １４７    ５４３  输入选取与多运动模式机构 …… １５４  ５５  奇