机器人学导论

第1章 基础知识

1.1 引言

1.2 什么是机器人

1.3 机器人的分类

1.4 什么是机器人学

1.5 机器人的发展历史

1.6 机器人的优缺点

1.7 机器人的组成部件

1.8 机器人的自由度

1.9 机器人关节

1.10 机器人的坐标

1.11 机器人的参考坐标系

1.12 机器人的编程模式

1.13 机器人的性能指标

1.14 机器人的工作空间

1.15 机器人语言

1.16 机器人的应用

1.17 其他机器人及其应用

1.18 机器人的社会问题

小结

参考文献

习题

第2章 机器人位置运动学

2.1 引言

2.2 机器人机构

2.3 符号规范

2.4 机器人运动学的矩阵表示

2.5 齐次变换矩阵

2.6 变换的表示

2.7 变换矩阵的逆

2.8 机器人的正逆运动学

2.9 位置的正逆运动学方程

2.10 姿态的正逆运动学方程

2.11 位姿的正逆运动学方程

2.12 机器人正运动学方程的 D-H 表示

2.13 机器人的逆运动学解

2.14 机器人的逆运动学编程

2.15 机器人的退化和灵巧特性

2.16 D-H 表示法的基本问题

2.17 设计项目

小结

参考文献

习题

第3章 微分运动和速度

3.1 引言

3.2 微分关系

3.3 雅可比矩阵

3.4 微分运动与大范围运动

3.5 坐标系的微分运动与机器人的微分运动

3.6 坐标系微分运动

3.7 微分变化的解释

3.8 坐标系之间的微分变化

3.9 机器人及机器人手坐标系的微分运动

3.10 雅可比矩阵的计算

3.11 如何建立雅可比矩阵和微分算子之间的关联

3.12 雅可比矩阵求逆

3.13 设计项目

小结

参考文献

习题

第4章 动力学分析和力

4.1 引言

4.2 拉格朗日力学的简短回顾

4.3 有效转动惯量

4.4 多自由度机器人的动力学方程

4.5 机器人的静力分析

4.6 坐标系间力和力矩的变换

4.7 设计项目

小结

参考文献

习题

第5章 轨迹规划

5.1 引言

5.2 路径与轨迹

5.3 关节空间描述与直角坐标空间描述

5.4 轨迹规划的基本原理

5.5 关节空间的轨迹规划

5.6 直角坐标空间的轨迹规划

5.7 连续轨迹记录

5.8 设计项目

小结

参考文献

习题

第6章 运动控制系统

6.1 引言

6.2 基本组成和术语

6.3 结构图

6.4 系统动力学

6.5 拉普拉斯变换

6.6 拉普拉斯反变换

6.7 传递函数

6.8 结构图代数

6.9 一阶传递函数的特性

6.10 二阶传递函数的特性

6.11 特征方程: 零极点分布

6.12 稳态误差

6.13 根轨迹法

6.14 比例控制器

6.15 比例积分控制器

6.16 比例加微分控制器

6.17 比例积分微分(PID)控制器

6.18 超前和滞后补偿器

6.19 伯德图和频域分析

6.20 开环和闭环表示的应用对比

6.21 多输入多输出系统

6.22 状态空间控制方法

6.23 数字控制

6.24 非线性控制系统

6.25 机电系统动力学: 机器人驱动和控制

6.26 设计项目

小结

参考文献

习题

第7章 驱动器和驱动系统

7.1 引言

7.2 驱动系统的特性

7.3 驱动系统的比较

7.4 液压驱动器

7.5 气动装置

7.6 电机

7.7 电机的微处理器控制

7.8 磁致伸缩驱动器

7.9 形状记忆金属

7.10 电活性聚合物(EAP)

7.11 减速器

7.12 其他系统

7.13 设计项目

小结

参考文献

习题

第8章 传感器

8.1 引言

8.2 传感器特性

8.3 传感器的使用

8.4 位置传感器

8.5 速度传感器

8.6 加速度传感器

8.7 力和压力传感器

8.8 力矩传感器

8.9 微动开关

8.10 可见光和红外传感器

8.11 接触和触觉传感器

8.12 接近觉传感器

8.13 测距仪

8.14 嗅觉传感器

8.15 味觉传感器

8.16 视觉系统

8.17 语音识别装置

8.18 语音合成器

8.19 远程中心柔顺装置

8.20 设计项目

小结

参考文献

第9章 视觉系统图像处理和分析

9.1 引言

9.2 基本概念

9.3 信号的傅里叶变换及频谱

9.4 图像的频谱: 噪声和边缘

9.5 分辨率和量化

9.6 采样理论

9.7 图像处理技术

9.8 图像直方图

9.9 阈值处理

9.10 空域操作: 卷积掩模

9.11 连通性

9.12 降噪

9.13 边缘检测

9.14 锐化图像

9.15 霍夫变换

9.16 分割

9.17 基于区域增长和区域分解的分割

9.18 二值形态操作

9.19 灰度形态操作

9.20 图像分析

9.21 基于特征的物体识别…

9.22 视觉系统中的深度测量

9.23 特殊光照

9.24 图像数据压缩

9.25 彩色图像

9.26 启发式方法

9.27 视觉系统的应用

9.28 设计项目

小结

参考文献

习题

第10章 模糊逻辑控制

10.1 引言

10.2 模糊控制需要什么

10.3 清晰值与模糊值

10.4 模糊集合: 隶属度与真值度

10.5 模糊化

10.6 模糊推理规则库

10.7 清晰化

10.8 模糊逻辑控制器的仿真

10.9 模糊逻辑在机器人中的应用

10.10 设计项目

小结

参考文献

习题

附录A 矩阵代数和三角学复习

附录B 图像采集系统

附录C 采用 MATLAB 的根轨迹和伯德图

附录D 利用商用软件的机器人仿真

《国外计算机科学教材系列：机器人学导论·分析、控制及应用（第2版）》系统介绍了机器人的基本组成和工作原理。全书共分10章。其中第1章介绍必要的基础知识，如机器人的发展历史、机器人的组成与特点、机器人语言及机器人应用等。第2章和第3章分析机器人的运动学。第4章分析机器人的动力学。第5章讨论机器人在关节空间和直角坐标空间的路径和轨迹规划。第6章介绍机器人的运动控制。第7章介绍机器人的各种驱动装置，如液压和气动装置、直流伺服电机及步进电机等。第8章讨论用于机器人的各种传感器。第9章介绍机器人视觉系统。第10章介绍用于机器人的模糊控制方法。《国外计算机科学教材系列：机器人学导论·分析、控制及应用（第2版）》每章后面均给出设计项目，将理论与实际相结合，用以综合运用本章的内容，同时每章后面还附有参考文献和习题。