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第1章 绪论1

1.1 机器人学的发展1

1.1.1 机器人的由来1

1.1.2 机器人的定义1

1.1.3 机器人学的进展2

1.2 机器人的特点、结构与分类3

1.2.1 机器人的主要特点3

1.2.2 机器人系统的结构3

1.2.3 机器人的自由度4

1.2.4 机器人的分类5

1.3 机器人学与人工智能8

1.3.1 机器人学与人工智能的关系8

1.3.2 机器人学的研究领域9

1.3.3 智能机器人9

1.3.4 人工智能的争论及其对机器人学的影响10

1.4 本书概要12

1.5 小结13

习题13

第2章 数学基础15

2.1 位置和姿态的表示15

2.1.1 位置描述15

2.1.2 方位描述15

2.1.3 位姿描述16

2.2 坐标变换16

2.2.1 平移坐标变换16

2.2.2 旋转坐标变换17

2.3 齐次坐标变换17

2.3.1 齐次变换18

2.3.2 平移齐次坐标变换19

2.3.3 旋转齐次坐标变换19

2.4 物体的变换及逆变换21

2.4.1 物体位置描述21

2.4.2 齐次变换的逆变换22

2.4.3 变换方程初步23

2.5 通用旋转变换24

2.5.1 通用旋转变换公式24

2.5.2 等效转角与转轴25

2.6 小结26

习题26

第3章 机器人运动学29

3.1 机器人运动方程的表示29

3.1.1 运动姿态和方向角29

3.1.2 运动位置和坐标31

3.1.3 连杆变换矩阵及其乘积33

3.2 机械手运动方程的求解36

3.2.1 欧拉变换解36

3.2.2 滚、仰、偏变换解39

3.2.3 球面变换解39

3.3 PUMA 560机器人运动方程40

3.3.1 PUMA 560运动分析40

3.3.2 PUMA 560运动综合44

3.4 小结46

习题47

第4章 机器人动力学51

4.1 刚体动力学51

4.1.1 刚体的动能与位能51

4.1.2 动力学方程的两种求法53

4.2 机械手动力学方程57

4.2.1 速度的计算58

4.2.2 动能和位能的计算59

4.2.3 动力学方程的推导61

4.3 机械手动力学方程实例62

4.4 小结64

习题65

第5章 机器人控制67

5.1 机器人的基本控制原则67

5.1.1 基本控制原则67

5.1.2 伺服控制系统举例69

5.2 机器人的位置控制71

5.2.1 直流传动系统的建模71

5.2.2 位置控制的基本结构73

5.2.3 单关节位置控制器75

5.2.4 多关节位置控制器81

5.3 机器人的力和位置混合控制83

5.3.1 力和位置混合控制方案83

5.3.2 力和位置混合控制系统控制规律的综合85

5.4 机器人的智能控制88

5.4.1 智能控制系统的分类88

5.4.2 机器人自适应模糊控制93

5.4.3 多指灵巧手的神经控制96

5.5 小结99

习题99

第6章 机器人传感器102

6.1 机器人传感器概述102

6.1.1 机器人传感器的特点与分类102

6.1.2 应用传感器时应考虑的问题103

6.2 内传感器104

6.2.1 位移位置传感器104

6.2.2 速度和加速度传感器107

6.2.3 力觉传感器109

6.3 外传感器111

6.3.1 触觉传感器111

6.3.2 应力传感器113

6.3.3 接近度传感器114

6.3.4 其他外传感器116

6.4 机器人视觉装置117

6.4.1 机器人眼117

6.4.2 视频信号数字变换器118

6.4.3 固态视觉装置120

6.5 小结122

习题122

第7章 机器人轨迹规划124

7.1 轨迹规划应考虑的问题124

7.2 关节轨迹的插值计算125

7.2.1 三次多项式插值125

7.2.2 过路径点的三次多项式插值126

7.2.3 高阶多项式插值127

7.2.4 用抛物线过渡的线性插值128

7.2.5 过路径点用抛物线过渡的线性插值128

7.3 笛卡儿路径轨迹规划130

7.4 规划轨迹的实时生成134

7.5 小结137

习题137

第8章 机器人编程139

8.1 机器人编程要求与语言类型139

8.1.1 对机器人编程的要求139

8.1.2 机器人编程语言的类型140

8.2 机器人语言系统结构和基本功能141

8.2.1 机器人语言系统的结构141

8.2.2 机器人编程语言的基本功能142

8.3 常用的机器人编程语言143

8.3.1 VAL语言143

8.3.2 SIGLA语言144

8.3.3 IML语言145

8.3.4 AL语言145

8.4 机器人的离线编程146

8.4.1 机器人离线编程的特点和主要内容146

8.4.2 机器人离线编程系统的结构147

8.5 小结150

习题150

第9章 机器人应用152

9.1 应用工业机器人必须考虑的因素152

9.1.1 机器人的任务估计152

9.1.2 应用机器人三要素152

9.1.3 使用机器人的经验准则153

9.1.4 采用机器人的步骤153

9.2 机器人的应用领域154

9.2.1 工业机器人154

9.2.2 探索机器人155

9.2.3 服务机器人156

9.2.4 军事机器人156

9.3 工业机器人应用举例157

9.3.1 材料搬运机器人157

9.3.2 焊接机器人158

9.3.3 喷漆机器人160

9.4 小结161

习题162

第10章 机器人学展望163

10.1 机器人技术和市场的现状163

10.1.1 世界机器人发展现状163

10.1.2 国内机器人的发展现状163

10.2 21世纪机器人技术的发展趋势165

10.3 应用机器人引起的社会问题167

10.4 小结168

习题168

参考文献169