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第一章 绪论1

1 历史回顾1

2 多指手和灵巧操作4

3 本书概述7

3.1 单机器人操作8

3.2 多指机器人手的协调操作8

3.3 机器人系统的非完整约束9

4 文献说明10

第二章 刚体运动11

1 刚体变换11

2 三维空间中的旋转运动13

2.1 旋转矩阵的性质13

2.2 旋转的指数坐标16

2.3 其他表示法18

3 三维空间中的刚体运动21

3.1 齐次坐标表示法22

3.2 刚体运动的指数坐标和运动旋量24

3.3 旋量：运动旋量的几何表示28

4 刚体速度31

4.1 转动速度31

4.2 刚体速度33

4.3 旋量运动的速度36

4.4 坐标变换36

5 力旋量和对偶旋量38

5.1 力旋量38

5.2 力旋量的旋量坐标40

5.3 对偶旋量42

6 小结44

7 文献说明46

8 习题46

第三章 机器人运动学51

1 概述51

2 运动学正解52

2.1 问题的描述52

2.2 指数积公式53

2.3 机器人的运动旋量参数表示58

2.4 机器人的工作空间61

3 运动学逆解63

3.1 一个平面例子63

3.2 Paden-Kahan子问题64

3.3 利用子问题求解运动学逆问题67

3.4 运动学逆解问题的一般解法70

4 机器人的雅可比矩阵76

4.1 末端执行器的速度76

4.2 末端执行器的作用力80

4.3 奇异性82

4.4 可操作性84

5 冗余度机器人和并联机器人85

5.1 冗余度机器人85

5.2 并联机器人87

5.3 四连杆机构89

5.4 Stewart平台92

6 小结95

7 文献说明96

8 习题96

第四章 机器人动力学及控制102

1 概述102

2 拉格朗日方程103

2.1 基本公式103

2.2 刚体的惯性105

2.3 实例：两杆平面机器人的动力学107

2.4 刚体的牛顿-欧拉方程108

3 开链机器人动力学110

3.1 开链机器人的拉格朗日函数110

3.2 开链机器人的运动方程111

3.3 机器人动力学和指数积公式115

4 李亚普诺夫（Lyapunov）稳定性理论118

4.1 基本定义118

4.2 李亚普诺夫直接法120

4.3 李亚普诺夫间接法121

4.4 实例122

4.5 李亚普诺夫不变原理124

5 位置控制与轨迹跟踪125

5.1 问题描述125

5.2 计算力矩126

5.3 PD控制127

5.4 工作空间控制129

6 有约束机器人的控制132

6.1 约束系统的动力学132

6.2 有约束机器人的控制133

6.3 实例：沿滑槽运动的平面机器人134

7 小结135

8 文献说明136

9 习题137

第五章 多指手运动学139

1 抓取概述139

2 抓取静力学140

2.1 接触模型140

2.2 抓取映射144

3 力封闭146

3.1 有关定义146

3.2 构成力封闭的条件147

4 抓取规划151

4.1 所需接触数目的范围151

4.2 构成力封闭抓取152

5 抓取约束154

5.1 手指运动学154

5.2 多指抓取的性质156

5.3 实例：两个SCARA手指抓取盒子158

6 滚动接触运动学161

6.1 曲面模型161

6.2 接触运动学165

6.3 滚动抓取运动学169

7 小结170

8 文献说明171

9 习题172

第六章 机器人手的动力学及控制176

1 有约束的拉格朗日方程176

1.1 Pfaffian约束176

1.2 拉格朗日乘子178

1.3 拉格朗日-达朗伯方程179

1.4 非完整约束的性质182

2 机器人手的动力学183

2.1 公式推导及有关性质183

2.2 内力185

2.3 其他机器人系统186

3 冗余度机器人系统和不可操作机器人系统189

3.1 冗余度机器人的动力学189

3.2 不可操作抓取192

3.3 实例：两个SCARA手指的抓取193

4 腱驱动的运动学和静力学194

4.1 无弹性腱194

4.2 弹性腱196

4.3 腱驱动手指的分析与控制198

5 机器人手的控制199

5.1 扩展的控制规则199

5.2多级控制结构200

6 小结205

7 文献说明206

8 习题207

第七章 机器人系统的非完整约束209

1 概述209

2 可控性和Frobenius定理211

2.1 矢量场和矢量流212

2.2 李氏括号和Frobenius定理212

2.3 非线性可控性216

3 非完整系统实例219

4 非完整系统的结构223

4.1 非完整分布的分类224

4.2 非完整系统实例（续）225

4.3 Philip Hall基227

5 小结228

6 文献说明229

7 习题229

第八章 非完整运动规划233

1 概述233

2 典型控制系统的正弦控制234

2.1 一阶可控系统：Brockett系统235

2.2 二阶可控系统237

2.3 高阶系统：链式系统238

3 一般控制方法240

3.1 傅里叶技术240

3.2 链式转换243

3.3 非完整系统的最优控制244

3.4 分段定常输入控制247

4 动态手指重定位251

4.1 问题的描述251

4.2 用正弦输入进行控制252

4.3 几何状态算法253

5 小结255

6 文献说明256

7 习题256

第九章 机器人操作的研究展望260

1 用于危险环境的机器人260

2 用于医疗的多指手261

3 小型机器人——微机器人学262

附录A 李群与机器人运动学264

附录B 旋量计算软件包285

索引288

参考文献292