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第1章 绪论1

1.1 背景1

1.2 操作臂的机构与控制3

1.3 符号10

参考文献11

习题12

编程习题12

MATLAB习题13

第2章 空间描述和变换14

2.1 概述14

2.2 描述：位置、姿态与坐标系14

2.3 映射：从坐标系到坐标系的变换17

2.4 算子：平移、旋转和变换22

2.5 总结和说明25

2.6 变换算法26

2.7 变换方程28

2.8 姿态的其他描述方法29

2.9 自由矢量的变换39

2.10 计算分析40

参考文献41

习题42

编程习题46

MATLAB习题147

MATLAB习题247

第3章 操作臂运动学48

3.1 概述48

3.2 连杆描述48

3.3 关于连杆连接的描述50

3.4 对连杆附加坐标系的规定52

3.5 操作臂运动学57

3.6 驱动器空间、关节空间和笛卡儿空间59

3.7 举例：两种典型机器人的运动学问题60

3.8 坐标系的标准命名68

3.9 工具的定位70

3.10 计算问题70

参考文献70

习题71

编程习题76

MATLAB习题76

第4章 操作臂逆运动学78

4.1 概述78

4.2 可解性78

4.3 当n＜6时操作臂子空间的描述81

4.4 代数解法与几何解法83

4.5 通过化简为多项式的代数解法87

4.6 三轴相交的PIEPER解法88

4.7 操作臂逆运动学实例90

4.8 标准坐标系97

4.9 操作臂求解98

4.10 重复精度和定位精度99

4.11 计算问题99

参考文献99

习题100

编程习题103

MATLAB习题104

第5章 速度和静力106

5.1 概述106

5.2 时变位姿的符号表示106

5.3 刚体的线速度和角速度108

5.4 对角速度的进一步研究110

5.5 机器人连杆的运动113

5.6 连杆间的速度传递113

5.7 雅可比117

5.8 奇异性119

5.9 作用在操作臂上的静力121

5.10 力域中的雅可比123

5.11 速度和静力的笛卡儿变换124

参考文献126

习题127

编程习题128

MATLAB习题129

第6章 操作臂动力学131

6.1 概述131

6.2 刚体的加速度131

6.3 质量分布133

6.4 牛顿方程和欧拉方程136

6.5 牛顿-欧拉迭代动力学方程137

6.6 迭代形式与封闭形式的动力学方程140

6.7 封闭形式动力学方程应用举例140

6.8 操作臂动力学方程的结构143

6.9 操作臂动力学的拉格朗日公式145

6.10 建立笛卡儿空间的规范化操作臂动力学方程147

6.11 计及非刚体效应150

6.12 动力学仿真151

6.13 计算效率问题151

参考文献153

习题155

编程习题157

MATLAB习题1158

MATLAB习题2159

MATLAB习题3159

第7章 轨迹的生成161

7.1 概述161

7.2 关于路径描述和路径生成的综述161

7.3 关节空间规划方法162

7.4 笛卡儿空间规划方法173

7.5 笛卡儿路径的几何问题175

7.6 路径的实时生成177

7.7 使用机器人编程语言描述路径178

7.8 使用动力学模型的路径规划179

7.9 无碰撞路径规划179

参考文献180

习题180

编程习题182

MATLAB习题183

第8章 操作臂的机械设计184

8.1 概述184

8.2 基于任务需求的设计184

8.3 运动学构形186

8.4 工作空间属性的定量测量191

8.5 冗余机构与闭链机构193

8.6 驱动方式195

8.7 刚度与变形197

8.8 位置检测200

8.9 力检测201

参考文献202

习题204

编程习题207

MATLAB习题207

第9章 操作臂的线性控制209

9.1 概述209

9.2 反馈与闭环控制209

9.3 二阶线性系统210

9.4 二阶系统的控制216

9.5 控制律的分解217

9.6 轨迹跟踪控制219

9.7 抗干扰219

9.8 连续时间控制与离散时间控制221

9.9 单关节的建模和控制221

9.10 工业机器人控制器的结构226

参考文献227

习题227

编程习题229

MATLAB习题229

第10章 操作臂的非线性控制231

10.1 概述231

10.2 非线性系统和时变系统231

10.3 多输入多输出控制系统234

10.4 操作臂的控制问题235

10.5 实际应用中的问题236

10.6 当前的工业机器人控制系统239

10.7 李雅普诺夫稳定性分析241

10.8 基于笛卡儿空间的控制系统244

10.9 自适应控制248

参考文献248

习题249

编程习题252

第11章 操作臂的力控制253

11.1 概述253

11.2 工业机器人在装配作业中的应用253

11.3 局部约束任务中的控制坐标系254

11.4 力／位混合控制问题258

11.5 质量-弹簧系统的力控制258

11.6 力／位混合控制方法261

11.7 当前的工业机器人控制方法265

参考文献266

习题267

编程习题269

第12章 机器人编程语言及编程系统270

12.1 概述270

12.2 机器人编程的三个级别270

12.3 应用实例272

12.4 机器人编程语言的必要条件273

12.5 机器人编程语言的特殊问题276

参考文献278

习题279

编程习题280

第13章 离线编程系统281

13.1 概述281

13.2 离线编程系统的核心问题282

13.3 引导仿真器286

13.4 离线编程系统的自动子任务292

参考文献293

习题295

编程习题295

附录A 三角恒等式296

附录B 24种角坐标系的旋转矩阵定义297

附录C 逆运动学公式300

部分习题答案301

索引308