机器人学基础
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广东广州
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作者于靖军,王巍 编
出版社机械工业出版社
ISBN9787111734376
出版时间2024-03
装帧平装
开本16开
定价75元
货号1203357523
上书时间2024-11-22
商品详情
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作者简介
高等院校教师
目录
前言
符号表
第1章绪论1
1.1机器人的起源与发展1
1.1.1古代有关机器人的记载1
1.1.2近、现代机器人的发展3
1.2机器人的定义、分类与应用7
1.2.1机器人的定义7
1.2.2机器人的分类8
1.2.3机器人的典型应用10
1.3机器人学的知识体系与发展方向11
1.3.1知识体系11
1.3.2发展方向14
1.4本书内容与学习目标15
1.4.1章节安排与内容导读15
1.4.2学习目标16
1.4.3如何使用本书17
习题17
第2章机器人系统组成19
2.1机器人系统的组成19
2.2两类典型的机器人系统23
2.2.1操作臂24
2.2.2移动机器人26
2.3机器人驱动器27
2.3.1电动机27
2.3.2液压驱动器28
2.3.3气动驱动器28
2.3.4其他驱动器类型29
2.4机器人传动系统30
2.4.1常见的机器人传动机构31
2.4.2机器人专用减速器32
2.5机器人传感器35
2.5.1典型的内传感器35
2.5.2典型的外传感器39
2.6机器人控制系统41
2.6.1软件架构41
2.6.2硬件架构42
2.7机器人的主要性能指标44
2.8本章小结47
延读文献47
习题48
第3章机器人机构49
3.1机器人机构的基本组成49
3.1.1机构的基本组成元素：构件与运动副49
3.1.2运动链、机构与机器人52
3.1.3机器人机构的表示53
3.2机器人机构的简单分类55
3.3串联机器人机构56
3.3.1手臂机构56
3.3.2手腕机构58
3.3.3机器人手爪60
3.4并/混联机器人机构63
3.5机器人机构的自由度69
3.5.1与自由度相关的几个基本概念69
3.5.2自由度计算公式71
3.6本章小结75
延读文献76
习题76
第4章位姿描述与变换81
4.0预备知识81
4.0.1坐标系与点的坐标表示81
4.0.2三维矢量及其运算82
4.1位姿描述84
4.1.1概述84
4.1.2平面刚体的位姿描述86
4.1.3空间刚体的位置描述87
4.1.4空间刚体的姿态描述88
4.1.5空间刚体的位姿描述90
4.2刚体变换91
4.2.1坐标映射91
4.2.2运动算子96
4.2.3逆变换100
4.2.4复合变换101
4.2.5变换方程103
4.2.6自由矢量的变换106
4.3三角度姿态描述107
4.3.1欧拉角108
4.3.2固定角112
4.4等效轴-角与单位四元数114
4.4.1基于等效轴-角的旋转变换114
4.4.2单位四元数118
4.4.3不同姿态描述之间的对比及映射关系总结123
4.5对齐次变换的再认识124
4.6本章小结128
延读文献129
习题129
第5章串联机器人的位移分析133
5.1位移分析的主要任务及意义133
5.2位移分析的基本原理与基本方法134
5.2.1基本原理：闭环方程134
5.2.2求解逆运动学的通用方法：数值法136
5.3D-H参数与串联机器人的正运动学求解139
5.3.1D-H参数法的由来139
5.3.2D-H参数定义141
5.3.3前置坐标系及前置D-H矩阵142
5.3.4基于前置D-H参数法的串联机器人位移求解147
5.3.5后置D-H参数法与串联机器人的正向运动学求解150
5.4串联机器人的位移反解153
5.5综合实例159
5.6串联机器人位移求解的指数积公式162
5.7位姿描述与工作空间165
5.7.1位姿描述165
5.7.2工作空间166
5.8本章小结168
延读文献169
习题169
第6章串联机器人的速度与静力分析172
6.1速度与静力分析的主要任务及意义172
6.2速度矢量和雅可比的定义173
6.2.1广义速度矢量的符号表达和定义173
6.2.2任意两刚体之间的速度关系179
6.2.3雅可比的定义180
6.3速度雅可比的求解181
6.3.1直接微分法181
6.3.2递推法186
6.3.3矢量积法191
6.3.4几何雅可比与解析雅可比之间的变换194
6.4奇异位姿与运动学奇异195
6.4.1有关奇异的基本概念195
6.4.2奇异性分析196
6.5机器人自由度类型与速度雅可比199
6.6雅可比的广义逆201
6.6.1冗余度机器人的逆雅可比201
6.6.2奇异位姿下的逆雅可比204
6.7串联机器人静力学205
6.7.1静力雅可比205
6.7.2静力雅可比与速度雅可比之间的对偶性207
6.7.3递推法计算关节力/力矩208
6.7.4刚体上两点间速度和力的关系211
6.8串联机器人性能分析与评价213
6.8.1灵巧性分析213
6.8.2力椭球216
6.9本章小结218
延读文献219
习题219
第7章并联机器人运动学基础223
7.1并联机器人的主要应用223
7.2并联机器人的位移求解227
7.2.1求解方法概述227
7.2.2实例分析228
7.3并联机器人的速度雅可比240
7.3.1位移方程直接求导法241
7.3.2旋量法242
7.4并联机器人的奇异性分析243
7.4.1并联机器人奇异的分类243
7.4.2并联机器人奇异的求解方法简介244
7.5本章小结245
延读文献246
习题246
第8章串联机器人的动力学建模249
8.1机器人动力学建模的目的与意义249
8.2刚体的惯性250
8.3基于拉格朗日方程的串联机器人动力学建模255
8.4基于牛顿-欧拉方程的串联机器人动力学建模264
8.4.1连杆的加速度计算公式264
8.4.2连杆速度、加速度的向外递推公式266
8.4.3关节力/力矩的向内递推公式267
8.4.4牛顿-欧拉动力学递推算法总结268
8.5摩擦、传动比及驱动空间动力学273
8.5.1摩擦的影响273
8.5.2传动比的影响274
8.5.3驱动空间动力学方程277
8.6操作空间动力学方程277
8.7本章小结280
延读文献280
习题281
第9章机器人轨迹生成283
9.1轨迹生成的一般概念283
9.2关节空间轨迹生成与插补288
9.2.1二次组合曲线轨迹289
9.2.2三次多项式与速度S曲线轨迹296
9.2.3五次多项式轨迹299
9.2.4小结301
9.3笛卡儿空间轨迹生成和插补301
9.3.1直线路径的参数化表达及轨迹生成302
9.3.2圆弧路径的参数化表达304
9.3.3姿态的表达和轨迹生成306
9.3.4笛卡儿空间路径规划注意事项308
9.4轨迹生成的实现310
9.4.1程序的模块化310
9.4.2轨迹生成与运动控制310
9.5本章小结312
延读文献312
习题312
第10章机器人控制基础314
10.1机器人控制问题概述314
10.2机器人运动控制系统硬件原理318
10.2.1运动控制器的功能和原理简述319
10.2.2驱动器与电动机闭环控制简述322
10.3驱动器与电动机模型326
10.3.1电动机的速度模型326
10.3.2电动机的力矩模型329
10.4分散控制331
10.4.1速度模式下的独立关节PID运动控制器332
10.4.2力矩模式下的独立关节PID运动控制器335
10.4.3速度和加速度前馈补偿341
10.4.4集中前馈补偿独立关节PID控制器343
10.5PID控制器的离散化345
10.5.1数字控制系统简介346
10.5.2数字PID算法的实现347
10.6机器人力控制的基本概念350
10.7本章小结351
延读文献352
习题352
附录355
附录A旋量理论基础355
A.1旋量、线矢量与偶量355
A.2旋量的基本运算356
A.3运动旋量与力旋量357
A.4旋量系358
A.5运动旋量系与约束旋量系360
A.6小结362
延读文献362
附录BMATLAB编程362
参考文献367
内容摘要
本书系统地介绍了机器人学的基础理论知识，重心放在机器人机构、建模、规划与控制等方面，为本科机器人工程及相关专业的入门教材。全书共10章。第1章为绪论；第2章和第3章分别介绍了与机器人系统及机构相关的基础知识，为读者提供了对机器人的总体认识；第4章作为机器人的数理基础，详细讨论了如何构建刚体运动模型；第5~7章主要讲述了有关机器人运动学方面的基础内容，包括串联机器人的位移分析（第5章）、串联机器人的速度与静力分析（第6章）和并联机器人运动学基础（第7章）；第8~10章主要讲述了有关机器人动力学、规划与控制方面的基础知识，包括串联机器人的动力学建模（第8章）、机器人轨迹生成（第9章）与机器人控制基础（第10章）等。此外，作为正文的补充，在附录中介绍了旋量理论基础、MATLAB编程等内容。本书可作为机器人工程等专业本科专业教材或研究生教材，也可作为相关科研人员与工程技术人员参考用书。
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