机器人手册第1卷 机器人基础

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引言 1 第1篇 机器人学基础 8 第1章 运动学 8 1.1 概述 8 1.2 位置与姿态表示 8 1.3 关节运动学 16 1.4 几何表示 20 1.5 工作空间 21 1.6 正向运动学 21 1.7 逆向运动学 23 1.8 正向微分运动学 24 1.9 逆向微分运动学 25 1.10 静力变换 25 1.11 结论与扩展阅读 25 参考文献 26 第2章 动力学 28 2.1 概述 29 2.2 空间矢量记法 30 2.3 正则方程 35 2.4 刚体系统动力学模型 36 2.5 运动树 40 2.6 运动环 46 2.7 结论与扩展阅读 49 参考文献 51 第3章 机构与驱动 54 3.1 概述 54 3.2 系统特征 55 3.3 运动学与动力学 56 3.4 串联机器人 58 3.5 并联机器人 59 3.6 机械结构 61 3.7 关节机构 62 3.8 机器人的性能 67 3.9 结论与扩展阅读 68 参考文献 69 第4章 传感与估计 71 4.1 感知过程 72 4.2 传感器 73 4.3 估计过程 76 4.4 表示方法 85 4.5 结论与扩展阅读 86 参考文献 87 第5章 运动规划 89 5.1 运动规划的概念 89 5.2 基于抽样的规划 91 5.3 替代算法 93 5.4 微分约束 96 5.5 扩展与变化 99 5.6 高级问题 101 5.7 结论与扩展阅读 104 参考文献 104 第6章 运动控制 108 6.1 运动控制简介 109 6.2 关节空间与操作空间控制 110 6.3 独立关节控制 111 6.4 PID控制 112 6.5 跟踪控制 114 6.6 计算转矩控制 116 6.7 自适应控制 119 6.8 最优和鲁棒控制 121 6.9 数字化实现 124 6.10 学习控制 126 参考文献 127 第7章 力控制 130 7.1 背景 130 7.2 间接力控制 132 7.3 交互作业 137 7.4 力／运动混合控制 142 7.5 结论与扩展阅读 146 参考文献 147 第8章 机器人体系结构与程序设计 150 8.1 概述 150 8.2 发展历程 151 8.3 体系结构组件 155 8.4 案例研究——GRACE 160 8.5 机器人体系结构设计艺术 162 8.6 结论与扩展阅读 163 参考文献 163 第9章 机器人智能推理方法 167 9.1 知识表示与推理 167 9.2 机器人的知识表示问题 171 9.3 动作规划 173 9.4 机器人学习 177 9.5 结论与扩展阅读 178 参考文献 179 第2篇 机器人结构 184 第10章 性能评价与设计标准 184 10.1 机器人设计流程 184 10.2 工作空间标准 185 10.3 灵巧性指标 188 10.4 其他性能指标 191 参考文献 194 第11章 运动学冗余机械臂 196 11.1 概述 196 11.2 面向任务的运动学 198 11.3 微分逆运动学 200 11.4 冗余度求解的优化法 204 11.5 冗余度求解的任务增广法 205 11.6 二阶冗余度求解 207 11.7 循环性 208 11.8 超冗余机械臂 208 11.9 结论与扩展阅读 211 参考文献 212 第12章 并联机器人 215 12.1 定义 215 12.2 并联机构的型综合 216 12.3 运动学 217 12.4 速度和精度分析 218 12.5 奇异分析 219 12.6 工作空间分析 220 12.7 静力学分析和静平衡 221 12.8 动力学分析 222 12.9 设计 222 12.10 应用实例 223 12.11 结论与扩展阅读 223 参考文献 223 第13章 具有柔性元件的机器人 228 13.1 具有柔性关节的机器人 228 13.2 具有柔性连杆的机器人 244 参考文献 252 第14章 模型识别 255 14.1 概述 255 14.2 运动学标定 257 14.3 惯性参数估计 262 14.4 可辨识性和数值调整 265 14.5 结论与扩展阅读 270 参考文献 271 第15章 机器人手 273 15.1 基本概念 273 15.2 机器人手的设计 274 15.3 驱动与传感技术 278 15.4 机器人手的建模与控制 280 15.5 应用与发展趋势 283 15.6 结论与扩展阅读 284 参考文献 284 第16章 有腿机器人 286 16.1 历史概述 286 16.2 周期性行走的分析 288 16.3 采用正动力学的双足机器人控制 290 16.4 采用ZMP方法的双足机器人 294 16.5 多腿机器人 299 16.6 其他的有腿机器人 304 16.7 性能指标 305 16.8 结论与未来发展趋势 307 参考文献 307 第17章 轮式机器人 310 17.1 概述 310 17.2 轮式机器人的移动性 311 17.3 轮式移动机器人的状态空间模型 316 17.4 轮式机器人的结构特性 319 17.5 轮式机器人的结构 321 17.6 结论 325 参考文献 325 第18章 微型和纳米机器人 326 18.1 概述 326 18.2 规模 328 18.3 微米-纳米级上的驱动器 329 18.4 微米-纳米级上的传感器 330 18.5 制造 332 18.6 微装配 334 18.7 微型机器人技术 339 18.8 纳米机器人技术 342 18.9 结论 351 参考文献 352

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