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第一章 导论1

1-1 工业机器人及其产生和发展1

一、工业机器人1

二、工业机器人的产生和发展2

1-2 工业机器人的组成6

一、执行机构7

二、驱动装置8

三、控制系统10

四、智能系统10

1-3 工业机器人操作机的运动及自由度11

一、直角坐标型12

二、圆柱坐标型12

三、球坐标型13

四、关节型13

1-4 工业机器人的分类和应用实例14

一、工业机器人的分类14

二、应用实例16

第二章 位姿几何基础31

2-1 刚体位姿的确定31

一、确定刚体位姿的矩阵方法31

二、位姿矩阵的几何意义32

三、位姿矩阵的逆阵36

2-2 多刚体之间的位姿关系38

一、链式关系与位姿矩阵方程式38

二、变换的左乘和右乘40

2-3 两种重要的旋转矩阵43

一、绕坐标轴旋转的旋转变换矩阵43

二、绕任意轴旋转的旋转变换矩阵43

2-4 姿态矩阵的欧拉角表示法47

一、用绕流动坐标轴的转角为欧拉角的表示法47

二、用绕基础坐标轴的转角为欧拉角的表示法48

第三章 机器人位姿方程51

3-1 操作机两杆间位姿矩阵的建立51

一、连杆参数与位姿变量51

二、确定两杆之间位姿矩阵的方法53

三、五参数表示法及位姿矩阵58

3-2 操作机位姿方程的正、逆解59

一、开链操作机60

二、带有闭链的操作机76

第四章 工作空间88

4-1 概述88

一、基本概念88

二、参考点极限位置的确定90

三、关于工作空间的两个基本问题91

4-2 工作空间的形成及确定工作空间的方法91

一、形成91

二、确定工作空间的方法92

4-3 工作空间中的空洞和空腔115

一、定义115

二、空洞及空腔的形成条件115

4-4 灵活性和灵活度118

一、灵活性和灵活度118

二、工具（或夹具）的预置位姿对机器人灵活度的影响124

4-5 末杆位姿图125

一、末杆位姿图126

二、确定末杆位姿图的几何法126

三、应用128

第五章 速度、加速度、雅可比矩阵和微分变化133

5-1 速度及加速度分析133

一、向量在两相对转动坐标系中的求导133

二、杆件之间的速度分析135

三、杆件之间的加速度分析139

5-2 雅可比矩阵及微分运动142

一、雅可比矩阵142

二、雅可比矩阵元素的计算146

三、雅可比矩阵奇异问题148

5-3 微分运动150

一、关节坐标与直角坐标之间微分运动关系151

二、直角坐标系之间的微分运动关系154

第六章 轨迹规划164

6-1 作业规划164

一、设立坐标系，制订作业表164

二、建立位姿矩阵（运动）方程，求T6im168

6-2 关节坐标空间的轨迹规划171

一、两点间的PTP规划171

二、多点之间的PTP规划173

6-3 直角坐标空间规划179

一、连续路径（CP）规划的直接法179

二、连续路径（CP）规划的驱动变换法183

第七章 静力和动力分析188

7-1 静力分析189

一、杆件之间的静力传递189

二、操作机的静力平衡191

7-2 惯性参数计算195

一、惯性参数计算公式196

二、惯性参数测量方法203

三、操作机惯性参数的“有限元计算”204

7-3 基于牛顿－欧拉方程的动力学算法206

一、引例207

二、动力学方程及其各项的物理意义210

三、递推算法213

7-4 基于觊恩方程的动力学算法214

一、凯恩动力学方程215

二、基于凯恩方程的动力学算法218

三、动力学方程符号推导示例222

四、广义驱动力的归算问题229

7-5 基于拉格朗日方程的动力学算法230

一、拉格朗日方程230

二、基于拉格朗日方程的动力学算法233

7-6 动力学算法间的关系239

第八章 机器人机构的误差分析243

8-1 机器人机构的误差分析243

一、机器人的机构模型243

二、机器人机构的误差分析245

8-2 机器人机构误差的概率分析252

一、方差和协方差252

二、随机误差和密度函数254

8-3 机器人的动态误差255

8-4 机器人机构误差的综合258

一、目标函数258

二、约束条件259

8-5 机器人机构的误差曲线图262

一、机器人机构的等误差曲线图262

二、机器人机构的等概率误差曲线图265

参考文献266