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第一章 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2

1.1.3 机器人学的进展3

1.2 机器人的特点、结构与分类7

1.2.1 机器人的主要特点7

1.2.2 机器人系统的结构8

1.2.3 机器人的自由度10

1.2.4 机器人的分类12

1.3 机器人学与人工智能16

1.3.1 机器人学与人工智能的关系16

1.3.2 机器人学的研究领域18

1.3.3 智能机器人20

1.3.4 人工智能的争论及其对机器人学的影响21

1.4 本书概要26

1.5 小结27

习题28

第二章 数学基础29

2.1 位置和姿态的表示29

2.2 坐标变换31

2.3 齐次坐标变换32

2.4 物体的变换及逆变换37

2.5 通用旋转变换40

2.6 小结42

习题43

第三章 机器人运动学46

3.1 机器人运动方程的表示46

3.1.1 运动姿态和方向角47

3.1.2 运动位置和坐标49

3.1.3 连杆变换矩阵及其乘积51

3.2 机械手运动方程的求解54

3.2.1 欧拉变换解54

3.2.2 滚、仰、偏变换解57

3.2.3 球面变换解58

3.3 PUMA 560机器人运动方程59

3.3.1 PUMA 560运动分析59

3.3.2 PUMA 560运动综合63

3.4 机器人的雅可比公式66

3.4.1 机器人的微分运动66

3.4.2 机器人的雅可比矩阵74

3.4.3 机器人雅可比矩阵计算实例78

3.5 小结82

习题83

第四章 机器人动力学89

4.1 钢体动力89

4.1.1 钢体的动能与位能90

4.1.2 动力学方程的两种求法92

4.2 机械手动力学方程97

4.2.1 速度的计算97

4.2.2 动能和位能的计算98

4.2.3 动力学方程的推导101

4.2.4 动力学方程的简化103

4.3 机械手动力学方程实例106

4.3.1 二连杆机械手动力学方程106

4.3.2 三连杆机械手的速度和加速度方程108

4.4 机器人的动态特性115

4.4.1 动态特性概述115

4.4.2 稳定性116

4.4.3 空间分辨度117

4.4.4 精度118

4.4.5 重复性120

4.5 机械手的稳态负荷121

4.5.1 静力和静力矩的表示122

4.5.2 不同坐标系间静力的变换122

4.5.3 关节力矩的确定124

4.5.4 负荷质量的确定125

4.6 小结126

习题126

第五章 机器人控制(一)131

5.1 机器人的基本控制原则131

5.1.1 基本控制原则131

5.1.2 伺服控制系统举例135

5.2 机器人的位置控制139

5.2.1 直流传动系统的建模139

5.2.2 位置控制的基本结构143

5.2.3 单关节位置控制器144

5.2.4 多关节位置控制器151

5.3 机器人的柔顺控制154

5.3.1 柔顺运动的基本概念154

5.3.2 主动阻抗控制158

5.3.3 力和位置混合控制162

5.3.4 柔顺运动的位移和力混合控制168

5.4 机器人的分解运动控制170

5.4.1 分解运动控制原理170

5.4.2 分解运动速度控制173

5.4.3 分解运动加速度控制174

5.4.4 分解运动力控制176

5.5 小结178

习题178

第六章 机器人控制(二)181

6.1 机器人的变结构控制181

6.1.1 变结构控制的基本原理181

6.1.2 机器人的滑模变结构控制183

6.1.3 机器人滑模变结构控制示例186

6.2 机器人的自适应控制189

6.2.1 控制系统的状态模型和主要结构190

6.2.2 机器人模型参考自适应控制器192

6.2.3 机器人自校正自适应控制器194

6.2.4 机器人线性摄动自适应控制器196

6.3 机器人的智能控制197

6.3.1 智能控制的基本概念198

6.3.2 智能控制系统的分类204

6.3.3 智能控制人递阶装配系统211

6.3.4 机器人自适应模糊控制214

6.3.5 多指灵巧手的神经控制218

6.3.6 移动机器人自主导航的进化控制222

6.4 小结227

习题228

第七章 机器人规划230

7.1 机器人规划的作用与任务230

7.1.1 规划的作用与问题分解途径230

7.1.2 机器人规划系统的任务与方法233

7.2 积木世界的机器人规划237

7.2.1 积木世界的机器人问题237

7.2.2 用F规则求解规划序列238

7.3 STRIPS规划系统241

7.3.1 STRIPS系统的组成241

7.3.2 STRIPS系统规划过程241

7.3.3 含有多重解答的规划244

7.4 具有学习能力的规划系统247

7.4.1 PULP-I 系统的结构与操作方式248

7.4.2 PULP-I 的世界模型和规划结果249

7.5 基于专家系统的机器人规划251

7.5.1 系统结构和规划机理251

7.5.2 ROPES机器人规划系统253

7.6 太空构件装配顺序分层规划系统260

7.6.1 太空构件装配及其分层顺序规划260

7.6.2 三维结构装配顺序规划示例264

7.7 机器人轨迹规划265

7.7.1 轨迹规划应考虑的问题265

7.7.2 关节轨迹的插值计算266

7.7.3 笛卡儿路径轨迹规划272

7.7.4 规划轨迹的实时生成277

7.8 小结280

习题280

第八章 机器人编程283

8.1 机器人编程要求与语言类型283

8.1.1 对机器人编程的要求284

8.1.2 机器人编程语言的类型288

8.2 机器人语言系统结构和基本功能291

8.2.1 机器人语言系统的结构291

8.2.2 机器人编程语言的基本功能292

8.3 常用的机器人编程语言294

8.3.1 VAL语言295

8.3.2 SIGLA语言298

8.3.3 IML语言299

8.3.4 AL语言301

8.4 机器人的离线编程301

8.4.1 机器人离线编程的特点和主要内容302

8.4.2 机器人离线编程系统的结构303

8.4.3 机器人离线编程仿真系统HOLPSS307

8.5 小结310

习题311

第九章 机器人应用314

9.1 应用工业机器人必须考虑的因素314

9.1.1 机器人的任务估计314

9.1.2 应用机器人三要素315

9.1.3 使用机器人的经验准则318

9.1.4 采用机器人的步骤319

9.2 机器人的应用领域320

9.2.1 工业机器人320

9.2.2 探索机器人322

9.2.3 服务机器人327

9.2.4 军事机器人329

9.3 工业机器人应用举例333

9.3.1 材料搬运机器人333

9.3.2 焊接机器人335

9.3.3 喷漆机器人337

9.3.4 装配机器人340

9.4 小结344

习题345

第十章 机器人学展望346

10.1 机器人技术和市场的现状346

10.1.1 国际机器人的发展现状及预测346

10.1.2 国内机器人的发展现状351

10.2 21世纪机器人技术的发展趋势357

10.3 我国机器人学的发展战略362

10.4 应用机器人引起的社会问题366

10.5 克隆技术对智能机器人的挑战368

10.6 小结371

习题373

参考文献374

英汉对照术语表391