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第1章 概述1

1.1背景1

1.2操作臂的力学与控制3

1.3符号10

参考文献10

习题11

编程练习12

MATLAB练习12

第2章 空间描述和变换13

2.1引言13

2.2描述：位置、姿态与位姿13

2.3映射：从一个坐标系到另一坐标系的变换15

2.4算子：平移、旋转和变换20

2.5总结和说明23

2.6变换的计算23

2.7变换方程25

2.8其他姿态描述27

2.9自由矢量的变换35

2.10计算问题36

参考文献37

习题38

编程练习42

MATLAB练习43

第3章 操作臂运动学44

3.1引言44

3.2连杆的描述44

3.3连杆连接的描述46

3.4连杆坐标系的定义47

3.5操作臂运动学52

3.6驱动器空间、关节空间和笛卡儿空间54

3.7实例：两种工业机器人的运动学问题54

3.8坐标系的标准命名61

3.9工具的位置63

3.10计算问题63

参考文献64

习题64

编程练习69

MATLAB练习70

第4章 操作臂逆运动学71

4.1引言71

4.2解的存在性71

4.3当n＜6时操作臂子空间的描述74

4.4代数解法和几何解法75

4.5简化成多项式的代数解法78

4.6三轴相交的Pieper解法79

4.7操作臂逆运动学实例81

4.8标准坐标系87

4.9操作臂求解88

4.10重复精度和精度88

4.11计算问题89

参考文献89

习题90

编程练习93

MATLAB练习94

第5章 雅可比：速度和静力95

5.1引言95

5.2时变位置和姿态的符号表示95

5.3刚体的线速度和角速度97

5.4对角速度的进一步研究98

5.5机器人连杆的运动101

5.6连杆之间的速度“传递”101

5.7雅可比105

5.8奇异性106

5.9操作臂的静力108

5.10力域中的雅可比110

5.11速度和静力的笛卡儿变换111

参考文献112

习题112

编程练习115

MATLAB练习115

第6章 操作臂动力学117

6.1引言117

6.2刚体的加速度117

6.3质量分布118

6.4牛顿方程和欧拉方程121

6.5牛顿-欧拉递推动力学方程122

6.6迭代形式与封闭形式125

6.7封闭形式的动力学方程应用举例125

6.8操作臂动力学方程的结构128

6.9操作臂动力学的拉格朗日方程129

6.10笛卡儿空间中的操作臂动力学132

6.11考虑非刚体影响134

6.12动力学仿真134

6.13计算问题135

参考文献137

习题138

编程练习141

MATLAB练习142

第7章 轨迹生成144

7.1引言144

7.2关于路径描述和路径生成的综述144

7.3关节空间的规划方法145

7.4笛卡儿空间规划方法155

7.5笛卡儿路径的几何问题157

7.6路径的实时生成158

7.7使用机器人编程语言描述路径160

7.8使用动力学模型的路径规划160

7.9无碰撞路径规划160

参考文献161

习题162

编程练习163

MATLAB练习164

第8章 操作臂的机构设计165

8.1引言165

8.2基于任务需求的设计165

8.3运动学构型167

8.4工作空间属性的定量方法172

8.5冗余结构与闭链结构174

8.6驱动方案175

8.7刚度与变形177

8.8位置检测180

8.9光学编码器181

8.10力传感183

参考文献185

习题186

编程练习190

MATLAB练习190

第9章 操作臂的线性控制192

9.1引言192

9.2反馈与闭环控制192

9.3二阶线性系统193

9.4二阶系统的控制198

9.5控制规律的分解199

9.6轨迹跟踪控制200

9.7抑制干扰201

9.8连续控制与离散时间控制202

9.9单关节的建模和控制203

9.10工业机器人控制器的结构207

参考文献208

习题208

编程练习210

MATLAB练习210

第10章 操作臂的非线性控制212

10.1引言212

10.2非线性系统和时变系统212

10.3多输入多输出控制系统214

10.4操作臂的控制问题215

10.5实际问题216

10.6当前工业机器人控制系统219

10.7李雅普诺夫稳定性分析221

10.8基于笛卡儿坐标的控制系统223

10.9自适应控制227

参考文献232

习题234

编程练习236

第11章 操作臂的力控制237

11.1引言237

11.2工业机器人在装配作业中的应用237

11.3部分约束任务中的控制坐标系237

11.4力/位混合控制问题241

11.5质量-弹簧系统的力控制242

11.6力/位混合控制方法244

11.7当前工业机器人控制方法247

参考文献249

习题249

编程练习251

第12章 机器人编程语言及编程系统253

12.1引言253

12.2可编程机器人的三个发展水平253

12.3应用实例255

12.4机器人编程语言的必要条件256

12.5机器人编程语言的特殊问题259

参考文献261

习题261

编程练习262

第13章 离线编程系统263

13.1引言263

13.2离线编程系统的要点264

13.3 PILOT仿真器268

13.4离线编程系统的自动子274

任务274

参考文献275

习题276

编程练习276

附录A 三角恒等式277

附录B 24种转角排列设定法278

附录C 逆运动学公式280

部分习题答案281

索引287