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第1章 概述1

1.1发展历史1

1.2机器人元器件2

1.2.1连杆2

1.2.2关节3

1.2.3机械手4

1.2.4机械手腕4

1.2.5末端执行器4

1.2.6驱动器5

1.2.7传感器5

1.2.8控制器5

1.3机器人的分类5

1.3.1几何结构5

1.3.2工作空间7

1.3.3驱动8

1.3.4控制9

1.3.5应用9

1.4机器人运动学、动力学、控制概述9

1.4.1三元组10

1.4.2单位矢量11

1.4.3参考坐标系和坐标系统11

1.4.4矢量函数13

1.5机器人动力学问题14

1.6主题预览14

1.7机器人——多学科交叉的机器15

1.8本章小结15

习题16

第Ⅰ部分 机器人运动学21

第2章 旋转运动学21

2.1绕全局直角坐标轴旋转21

2.2绕全局直角坐标轴连续旋转27

2.3全局翻滚角、俯仰角、偏航角30

2.4绕局部直角坐标轴旋转31

2.5绕局部直角坐标轴连续旋转34

2.6欧拉角35

2.7局部翻滚角、俯仰角、偏航角43

2.8局部轴对全局轴旋转44

2.9一般变换46

2.10主动变换和被动变换51

2.11本章小结53

习题54

第3章 定向运动学62

3.1轴角旋转62

3.2欧拉参数70

3.3欧拉参数的确定75

3.4四元数77

3.5自旋张量与旋转张量80

3.6表述旋转过程中的问题82

3.6.1旋转矩阵83

3.6.2角轴84

3.6.3欧拉角84

3.6.4四元数85

3.6.5欧拉参数87

3.7旋转的合成与分解88

3.8本章小结92

习题93

第4章 运动的运动学100

4.1刚体运动100

4.2齐次变换103

4.3逆齐次变换109

4.4复合齐次逆变换114

4.5螺旋坐标121

4.6逆螺旋运动134

4.7复合螺旋变换136

4.8普吕克（Plucker）坐标139

4.9线几何和面几何144

4.9.1矢量矩144

4.9.2角度和距离145

4.9.3平面和线145

4.10螺旋坐标和普吕克坐标148

4.11本章小结149

习题150

第5章 正向运动学158

5.1 D-H注释158

5.2相邻两坐标系间的变换164

5.3机器人正向位置运动学177

5.4球形手腕186

5.5组装运动学194

5.6螺旋坐标变换203

5.7非D-H法207

5.8本章小结212

习题212

第6章 逆向运动学222

6.1解耦技术222

6.2逆变换技术234

6.3迭代技术246

6.4逆向运动技术比较249

6.4.1解的存在性和唯一性249

6.4.2逆向运动技术250

6.5奇异配置250

6.6本章小结252

习题252

第7章 角速度260

7.1角速度矢量及其矩阵260

7.2时间导数和坐标系269

7.3刚体速度276

7.4速度变换矩阵280

7.5齐次变换矩阵的导数286

7.6本章小结292

习题292

第8章 速度运动学298

8.1刚性连杆速度298

8.2正向速度运动学302

8.3雅可比生成矢量310

8.4逆向速度运动学320

8.5本章小结326

习题326

第9章 运动学中的数值法333

9.1线性代数方程333

9.2矩阵求逆343

9.3非线性代数方程348

9.4 连杆变换矩阵中的雅可比矩阵353

9.5本章小结360

习题360

第Ⅱ部分 机器人动力学364

第10章 加速度运动学364

10.1角加速度矢量和角加速度矩阵364

10.2刚体加速度371

10.3加速度变换矩阵373

10.4正向加速度运动学379

10.5反向加速度运动学381

10.6 刚性连杆的递归加速度385

10.7本章小结391

习题392

第11章 运动动力学399

11.1力和力矩399

11.2刚体移动动力学403

11.3刚体旋转动力学404

11.4惯性矩阵的质量矩411

11.5牛顿运动方程的拉格朗日形式419

11.6拉格朗日力学425

11.7本章小结429

习题431

第12章 机器人动力学437

12.1刚性连杆的牛顿-欧拉动力学437

12.2递归牛顿-欧拉动力学452

12.3机器人拉格朗日动力学458

12.4 拉格朗日方程和连杆变换矩阵474

12.5机器人静力学482

12.6本章小结487

习题489

第Ⅲ部分 机器人控制496

第13章 路径规划496

13.1 三次方路径496

13.2多项式路径501

13.3非多项式路径规划510

13.4基于关节路径规划的机械手运动512

13.5笛卡儿坐标路径规划514

13.6旋转坐标路径规划518

13.7末端执行器路径的机械手运动521

13.8本章小结529

习题530

第14章 时间最优控制536

14.1最优时间与bang-bang控制536

14.2浮动时间法543

14.3机器人时间最优控制549

14.4本章小结553

习题553

第15章 控制技术557

15.1开环控制和闭环控制557

15.2计算转矩控制561

15.3线性控制技术564

15.3.1比例控制565

15.3.2积分控制565

15.3.3微分控制565

15.4传感与控制567

15.4.1位置传感器568

15.4.2速度传感器568

15.4.3加速度传感器568

15.5本章小结569

习题569

参考文献572

附录583

附录A 全局坐标系三重旋转583

附录B局部坐标系三重旋转584

附录C中心螺旋运动的三重组合旋转585

附录D三角函数公式586