机器人学

第一章 绪论

1.1 机器人学的起源与发展

1.1.1 机器人学的起源

1.1.2 机器人学的发展

1.2 机器人的定义和特点

1.2.1 机器人的定义

1.2.2 机器人的主要特征

1.3 机器人的构成与分类

1.3.1 机器人系统的构成

1.3.2 机器人的自由度

1.3.3 机器人的分类

1.4 机器人学的研究领域

1.5 本书概要

1.6 本章小结

习题1

第二章 数学基础

2.1 位姿和坐标系描述

2.2 平移和旋转坐标系映射

2.3 平移和旋转齐次坐标变换

2.4 物体的变换和变换方程

2.5 通用旋转变换

2.6 本章小结

习题2

第三章 机器人运动学

3.1 机器人运动方程的表示

3.1.1 机械手运动姿态和方向角的表示

3.1.2 平移变换的不同坐标系表示

3.1.3 广义连杆和广义变换矩阵

3.1.4 建立连杆坐标系的步骤和举例

3.2 机器人运动方程的求解

3.2.1 逆运动学求解的一般问题

3.2.2 逆运动学的代数解法与几何解法

3.2.3 逆运动学的其他解法

3.3 机器人运动的分析与综合举例

3.3.1 机器人正向运动学举例

3.3.2 机器人逆向运动学举例

3.4 机器人的雅可比公式

3.4.1 机器人的微分运动

3.4.2 雅可比矩阵的定义与求解

3.4.3 机器人雅可比矩阵计算举例

3.5 本章小结

习题3

第四章 机器人动力学

4.1 刚体的动力学方程

4.1.1 刚体的动能与位能

4.1.2 拉格朗日方程和牛顿欧拉方程

4.2 机械手动力学方程的计算与简化

4.2.1 质点速度的计算

4.2.2 质点动能和位能的计算

4.2.3 机械手动力学方程的推导

4.2.4 机械手动力学方程的简化

4.3 机械手动力学方程举例

4.3.1 二连杆机械手动力学方程

4.3.2 三连杆机械手的速度和加速度方程

4.4 机器人的动态特性

4.4.1 动态特性概述

4.4.2 稳定性

4.4.3 空间分辨度

4.4.4 精度

4.4.5 重复性

4.5 机械手的静态特性

4.5.1 静力和静力矩的表示

4.5.2 不同坐标系间静力的变换

4.5.3 关节力矩的确定

4.5.4 负荷质量的确定

4.6 本章小结

习题4

第五章 机器人位置和力控制

5.1 机器人控制与传动概述

5.1.1 机器人控制的分类、变量与层次

5.1.2 机器人传动系统

5.2 机器人的位置控制

5.2.1 直流控制系统原理与数学模型

5.2.2 机器人位置控制的一般结构

5.2.3 单关节位置控制器的结构与模型

5.2.4 多关节位置控制器的耦合与补偿

5.3 机器人的力和位置混合控制

5.3.1 柔顺运动与柔顺控制

5.3.2 主动阻力控制

5.3.3 力和位置混合控制方案和规律

5.3.4 柔顺运动位移和力混合控制的计算

5.4 机器人的分解运动控制

5.4.1 分解运动控制原理

5.4.2 分解运动速度控制

5.4.3 分解运动加速度控制

5.4.4 分解运动力控制

5.5 本章小结

习题5

第六章 机器人高级控制

6.1 机器人的变结构控制

6.1.1 变结构控制的特点和原理

6.1.2 机器人的滑模变结构控制

6.1.3 机器人轨迹跟踪滑模变结构控制

6.2 机器人的自适应控制

6.2.1 自适应控制器的状态模型和结构

6.2.2 机器人模型参考自适应控制器

6.2.3 机器人自校正自适应控制器

6.2.4 机器人线性摄动自适应控制器

6.3 机器人的智能控制

6.3.1 智能控制与智能控制系统概述

6.3.2 主要智能控制系统简介

6.3.3 机器人自适应模糊控制

6.3.4 多指灵巧手的神经控制

6.4 本章小结

习题6

第七章 机器人传感器

7.1 机器人传感器概述

7.1.1 机器人传感器的特点与分类

7.1.2 应用传感器时应考虑的问题

7.2 内传感器

7.2.1 位移（位置）传感器

7.2.2 速度和加速度传感器

7.2.3 力觉传感器

7.3 外传感器

7.3.1 触觉传感器

7.3.2 应力传感器

7.3.3 接近度传感器

7.3.4 其他外传感器

7.4 机器人视觉装置

7.4.1 机器人眼

7.4.2 视频信号数字变换器

7.4.3 固态视觉装置

7.4.4 激光雷达

7.5 本章小结

习题7

第八章 机器人高层规划

8.1 机器人规划概述

8.1.1 规划的作用与问题分解途径

8.1.2 机器人规划系统的任务与方法

8.2 积木世界的机器人规划

8.2.1 积木世界的机器人问题

8.2.2 积木世界机器人规划的求解

8.3 基于消解原理的机器人规划系统

8.3.1 STRIPS系统的组成

8.3.2 STRIPS系统规划过程

8.3.3 含有多重解答的规划

8.4 基于专家系统的机器人规划

8.4.1 规划系统的结构和机理

8.4.2 ROPES机器人规划系统

8.5 机器人路径规划

8.5.1 机器人路径规划的主要方法和发展趋势

8.5.2 基于近似Voronoi图的机器人路径规划

8.5.3 基于模拟退火算法的机器人局部路径规划

8.5.4 基于免疫进化和示例学习的机器人路径规划

8.5.5 基于蚁群算法的机器人路径规划

8.6 本章小结

习题8

第九章 机器人轨迹规划

9.1 轨迹规划应考虑的问题

9.2 关节轨迹的插值计算

9.3 笛卡儿路径轨迹规划

9.4 规划轨迹的实时生成

9.5 本章小结

习题9

第十章 机器人程序设计

10.1 机器人编程要求与语言类型

10.1.1 对机器人编程的要求

10.1.2 机器人编程语言的类型

10.2 机器人语言系统结构和基本功能

10.2.1 机器人语言系统的结构

10.2.2 机器人编程语言的基本功能

10.3 常用的机器人编程语言

10.3.1 VAL语言

10.3.2 SIGLA语言

10.3.3 IML语言

10.3.4 AL语言

10.4 机器人的离线编程

10.4.1 机器人离线编程的特点和主要内容

10.4.2 机器人离线编程系统的结构

10.4.3 机器人离线编程仿真系统HOLPSS

10.5 基于MATLAB的机器人学仿真

10.6 本章小结

习题10

第十一章 机器人应用

11.1 应用工业机器人必须考虑的因素

11.1.1 机器人的任务估计

11.1.2 应用机器人三要素

11.1.3 使用机器人的经验准则

11.1.4 采用机器人的步骤

11.2 机器人的应用领域

11.2.1 工业机器人

11.2.2 探索机器人

11.2.3 服务机器人

11.2.4 军事机器人

11.3 工业机器人应用举例

11.3.1 材料搬运机器人

11.3.2 焊接机器人

11.3.3 喷漆机器人

11.4 本章小结

习题11

第十二章 机器人学展望

12.1 机器人技术和市场的现状及预测

12.2 机器人技术的发展趋势

12.3 各国雄心勃勃的发展机器人计划

12.4 应用机器人引起的社会问题

12.5 克隆技术对智能机器人的挑战

12.6 本章小结

习题12

参考文献

英汉对照术语表

本书介绍机器人学的基本原理及其应用，全面反映国内外机器人学研究和应用的最新进展，是一部系统和全面的机器人学著作和教材。本书共12章，内容涉及机器人学的概况、数理基础、运动学、动力学、位置和力控制、高级控制、传感器、高层规划、轨迹规划、程序设计、应用和展望等内容。 该书对第二版进行了全面的修订与补充，在保持第二版丰富内容和明显特色的基础上，特别更新了机器人研究发展状况及机器人技术和市场信息，修改了机器人运动方程的表示（正向运动学）和机器人运动方程的求解（逆向运动学），增加了激光雷达和基于MATLAB的机器人学仿真等内容。本书特别适合作为高年级本科生和研究生的机器人学教材，也适合从事机器人学研究、开发和应用的科技人员学习参考。