机器人学

 蔡自兴 国际IEEE院士和IEEE终身院士（Fellow）、国际导航与运动控制科学院院士、纽约科学院院士、联合国专家，中南大学信息科学与工程学院教授、博士生导师，湖南省自兴人工智能研究院首席科学家、自兴人工智能学院首席教授。首届全国高校教学名师奖、吴文俊人工智能科技奖成就奖、徐特立教育奖、宝钢全国优秀教师奖特等奖获得者。历任第八届湖南省政协副主席和全国政协第九届和第十届委员会委员，兼任中国人工智能学会副理事长及智能机器人专业委员会创会主任、IEEE计算智能学会评奖委员会委员和IEEE CIS进化计算技术委员会委员等。是我国人工智能、智能控制、机器人学诸学科的学术带头人之一，被誉为“中国人工智能教育第一人”、“中国智能机器人学科创始人”和“中国智能控制奠基者”。

第1章 绪论

 1.1 机器人学的起源与发展

 1.1.1 机器人学的起源

 1.1.2 靠前机器人学的发展

 1.1.3 中国机器人学的发展

 1.2 机器人的定义和特征

 1.2.1 机器人的定义

 1.2.2 机器人的主要特征

 1.3 机器人的构成与分类

 1.3.1 机器人系统的构成

 1.3.2 机器人的自由度

 1.3.3 机器人的分类

 1.4 机器人学的研究领域

 1.5 机器人学的应用领域

 1.5.1 工业机器人

 1.5.2 探索机器人

 1.5.3 服务机器人

 1.5.4 军用机器人

 1.6 本书概要

 1.7 本章小结

 习题1

 第2章 数学基础

 2.1 位姿和坐标系描述

 2.2 平移和旋转坐标系映射

 2.3 平移和旋转齐次坐标变换

 2.4 物体的变换和变换方程

 2.5 通用旋转变换

 2.6 本章小结

 习题2

 第3章 机器人运动学

 3.1 机器人运动方程的表示

 3.1.1 机械手运动姿态和方向角的表示

 3.1.2 平移变换的不同坐标系表示

 3.1.3 广义连杆和广义变换矩阵

 3.1.4 建立连杆坐标系的步骤和举例

 3.2 机器人运动方程的求解

 3.2.1 逆运动学求解的一般问题

 3.2.2 逆运动学的解析解法

 3.2.3 逆运动学的数值解法

 3.3 机器人运动的分析与综合举例

 3.3.1 机器人正向运动学举例

 3.3.2 机器人逆向运动学举例

 3.4 机器人的雅可比公式

 3.4.1 机器人的微分运动

 3.4.2 雅可比矩阵的定义与求解

 3.4.3 机器人雅可比矩阵计算举例

 3.5 本章小结

 习题3

 第4章 机器人动力学

 4.1 刚体的动力学方程

 4.1.1 刚体的动能与位能

 4.1.2 拉格朗日方程和牛顿-欧拉方程

 4.2 机械手动力学方程的计算与简化

 4.2.1 质点速度的计算

 4.2.2 质点动能和位能的计算

 4.2.3 机械手动力学方程的推导

 4.2.4 机械手动力学方程的简化

 4.3 机械手动力学方程举例

 4.3.1 二连杆机械手动力学方程

 4.3.2 三连杆机械手的速度和加速度方程

 4.4 机器人的动态特性

 4.4.1 动态特性概述

 4.4.2 稳定性

 4.4.3 空间分辨率

 4.4.4 精度

 4.4.5 重复性

 4.5 机械手的静态特性

 4.5.1 静力和静力矩的表示

 4.5.2 不同坐标系间的静力变换

 4.5.3 关节力矩的确定

 4.5.4 .负荷质量的确定

 4.6 本章小结

 习题4

 第5章 机器人位置和力控制

 5.1 机器人控制与传动概述

 5.1.1 机器人控制的分类、变量与层次

 5.1.2 机器人传动系统

 5.2 机器人的位置控制

 5.2.1 直流控制系统原理与数学模型

 5.2.2 机器人位置控制的一般结构

 5.2.3 单关节位置控制器的结构与模型

 5.2.4 多关节位置控制器的耦合与补偿

 5.3 机器人的力和位置混合控制

 5.3.1 柔顺运动与柔顺控制

 5.3.2 主动阻力控制

 5.3.3 力和位置混合控制方案和规律

 5.3.4 柔顺运动位移和力混合控制的计算

 5.4 本章小结

 习题5

 第6章 机器人不错控制

 6.1 机器人的变结构控制

 6.1.1 变结构控制的特点和原理

 6.1.2 机器人的滑模变结构控制

 6.1.3 机器人轨迹跟踪滑模变结构控制

 6.2 机器人的自适应控制

 6.2.1 自适应控制器的状态模型和结构

 6.2.2 机器人模型参考自适应控制器

 6.3 机器人的智能控制

 6.3.1 智能控制与智能控制系统概述

 6.3.2 主要智能控制系统简介

 6.3.3 机器人自适应模糊控制

 6.3.4 多指灵巧手的神经控制

 6.4 基于深度学习的机器人控制

 6.4.1 基于深度学习的机器人控制概述

 6.4.2 基于深度学习的机器人控制示例

 6.5 本章小结

 习题6

 第7章 机器人传感器

 7.1 机器人传感器概述

 7.1.1 机器人传感器的特点与分类

 7.1.2 应用传感器时应考虑的问题

 7.2 内传感器

 7.2.1 位移（位置）传感器

 7.2.2 速度和加速度传感器

 7.2.3 姿态传感器

 7.2.4 力觉传感器

 7.3 外传感器

 7.3.1 触觉传感器

 7.3.2 应力传感器

 7.3.3 接近度传感器

 7.3.4 其他外传感器

 7.4 机器人视觉装置

 7.4.1 机器人哏

 7.4.2 视频信号数字变换器

 7.4.3 固态视觉装置

 7.4.4 激光雷达

 7.5 本章小结

 习题7

 第8章 机器人规划

 8.1 机器人规划概述

 8.1.1 规划的概念和作用

 8.1.2 机器人规划系统的任务与方法

 8.2 积木世界的机器人规划

 8.2.1 积木世界的机器人问题

 8.2.2 积木世界机器人规划的求解

 8.3 基于消解原理的机器人规划系统

 8.3.1 STRIPS的组成

 8.3.2 STRIPS规划过程

 8.4 基于专家系统的机器人规划

 8.4.1 规划系统结构和机理

 8.4.2 机器人规划专家系统

 8.5 机器人路径规划

 8.5.1 机器人路径规划的主要方法和发展趋势

 ……

本书介绍机器人学的基本原理、关键技术及其应用。全书共12章，涉及机器人学的起源、发展、定义、特点、结构与分类，机器人学的数理基础、运动学、动力学与控制（包括位置控制、力控制和不错智能控制），机器人传感器、高层规划、轨迹规划和程序设计，以及机器人的应用和机器人学的展望等内容。全书与时俱进，全面反映国内外机器人学的**进展，是一部高水平的机器人学教材与专著。本书学术水平高，为重量“智能科学基础系列课程教学团队”的机器人学课程配套教材，其第一版曾获得教育部重量很好教材一等奖等重要奖励。本修订版在原有基础上力求提高学术水平，为培养高素质高水平人才服务。 本书内容系统全面，反映出国内外机器人学的**进展，特别是全面修订机器人的数理基础和运动学，调整机器人控制和规划内容，改进人才培养效果。本书密切理论联系实际，加强计算能力培养，使学生学以致用。