机器人建模和控制(原书第2版)

目　录

Robot Modeling and Control,Second Edition






译者序

前言
第1章　导论1
　1.1　机器人的数学模型3

　　1.1.1　机器人的符号表示3

　　1.1.2　位形空间4

　　1.1.3　状态空间4

　　1.1.4　工作空间4

　1.2　作为机械装置的机器人4

　　1.2.1　机器人机械臂的分类5

　　1.2.2　机器人系统6

　　1.2.3　精度和重复精度6

　　1.2.4　手腕和末端执行器7

　1.3　常见的运动学配置8

　　1.3.1　关节型机械臂8

　　1.3.2　球坐标型机械臂9

　　1.3.3　SCARA型机械臂9

　　1.3.4　圆柱型机械臂10

　　1.3.5　笛卡儿型机械臂10

　　1.3.6　并联机械臂11

　1.4　本书概要11

　　1.4.1　机械臂11

　　1.4.2　欠驱动和移动机器人16

　习题16

　附注与参考17

**部分　机器人的几何基础
第2章　刚体运动20
　2.1　位置的表示20

　2.2　旋转的表示21

　　2.2.1　平面内的旋转21

　　2.2.2　三维空间内的旋转23

　2.3　旋转变换24

　2.4　旋转的叠加27

　　2.4.1　相对于当前坐标系的
旋转27

　　2.4.2　相对于固定坐标系的
旋转28

　　2.4.3　旋转变换的叠加规则29

　2.5　旋转的参数化30

　　2.5.1　欧拉角30

　　2.5.2　滚动角、俯仰角和
偏航角32

　　2.5.3　转轴/角度表示32

　　2.5.4　指数坐标34

　2.6　刚体运动的概念35

　　2.6.1　齐次变换36

　　2.6.2　一般刚体运动的指数
坐标37

　2.7　本章总结38

　习题39

　附注与参考42
第3章　正运动学43
　3.1　运动链43

　3.2　Denavit-Hartenberg约定45

　　3.2.1　存在及唯一性问题46

　　3.2.2　坐标系的配置47

　3.3　正运动学实例50

　　3.3.1　平面肘型机械臂50

　　3.3.2　三连杆圆柱型机器人51

　　3.3.3　球型手腕51

　　3.3.4　带有球型手腕的圆柱型
机械臂52

　　3.3.5　斯坦福机械臂53

　　3.3.6　SCARA型机械臂54

　3.4　本章总结56

　习题56

　附注与参考57
第4章　速度运动学58
　4.1　角速度：固定转轴情况58

　4.2　反对称矩阵59

　　4.2.1　反对称矩阵的性质60

　　4.2.2　旋转矩阵的导数60

　4.3　角速度：一般情况61

　4.4　角速度的叠加62

　4.5　移动坐标系中某点的线速度63

　4.6　雅可比矩阵的推导64

　　4.6.1　角速度64

　　4.6.2　线速度65

　　4.6.3　线速度和角速度雅可比
矩阵的叠加66

　4.7　工具速度69

　4.8　分析雅可比70

　4.9　奇点71

　　4.9.1　奇点的解耦72

　　4.9.2　手腕奇点73

　　4.9.3　手臂奇点73

　4.10　静态力/力矩的关系75

　4.11　逆向速度和加速度76

　4.12　可操作性77

　4.13　本章总结79

　习题80

　附注与参考81
第5章　逆运动学82
　5.1　一般的逆运动学问题82

　5.2　运动解耦83

　5.3　逆位置求解：一种几何
方法84

　　5.3.1　球坐标型位形85

　　5.3.2　关节型位形86

　5.4　逆姿态88

　5.5　逆运动学的数值方法91

　　5.5.1　逆雅可比法91

　　5.5.2　雅可比转置法92

　5.6　本章总结93

　习题93

　附注与参考94

第二部分　运动学和运动规划
第6章　动力学96
　6.1　欧拉拉格朗日方程96

　　6.1.1　动机96

　　6.1.2　完整约束和虚功98

　　6.1.3　达朗贝尔原理101

　6.2　动能和势能102

　　6.2.1　惯性张量103

　　6.2.2　n连杆机器人的动能104

　　6.2.3　n连杆机器人的势能104

　6.3　运动方程105

　6.4　一些常见位形106

　　6.4.1　双连杆直角坐标机械臂106

　　6.4.2　平面肘型机械臂107

　　6.4.3　带有远程驱动连杆的平面
肘型机械臂109

　　6.4.4　五杆机构110

　6.5　机器人动力学方程的性质112