本书是工业机器人学与控制基础系列教材的第一本。与其他机器人学相关教材侧重理论分析不同，本书按照理论与工程并重的思路，始于机器人的伺服电动机、传动装置、位置反馈装置和力/力矩传感器等硬件装置，按照数学基础、运动学、速度与力分析、动力学、动力学参数辨识、轨迹规划和设计基础的顺序安排内容。 数学基础部分密切联系运动学问题相关内容；运动学部分重点讲述连杆化、D-H参数和D-H变换矩阵等核心知识；速度和力分析部分则给出详细的分析步骤和方法；动力学部分重点讲解牛顿-欧拉和拉格朗日法的应用过程和具体示例；动力学参数辨识部分则结合作者科研项目，以SCARA机器人和协作机器人为例，详细给出动力学参数辨识过程；轨迹规划部分详细讨论路径规划常用方法及关节空间和笛卡儿空间的路径规划实现过程；设计基础部分按照机器人构成并结合作者从事的实际科研项目，详细介绍自由度设计、构型选择及结构优化、传动与结构稳定性设计、驱动电动机选择、通信方式选择等工程性问题；最后分析了国内外工业机器人现状及发展趋势。

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机器人学导论
前言
目录CONTENTS
前言
第1章绪论
1.1机器人与机器人学
1.1.1机器人定义
1.1.2机器人简要发展历程
1.1.3机器人学
1.2世界主要机器人公司
1.2.1KUKA公司
1.2.2安川电机公司
1.2.3ABB公司
1.2.4FANUC公司
1.2.5其他公司
1.3机器人常见构型与分类
1.3.1机器人常见构型
1.3.2机器人分类
1.4机器人主要应用
1.5机器人学涉及的学科知识
1.6本书章节安排
第2章常用硬件装置
2.1伺服电动机
2.1.1直流伺服电动机
2.1.2交流伺服电动机
2.1.3直流无刷电动机
2.2传动装置
2.2.1谐波减速器
2.2.2RV减速器
2.2.3同步带传动
2.3位置反馈装置
2.3.1相对编码器
2.3.2绝对编码器
2.3.3差分编码器
2.4力/力矩传感器
2.5本章小结
机器人学导论
目录
第3章机器人学的数学描述及数学基础
3.1轴与工作空间
3.1.1自由度与轴
3.1.2工作空间
3.2机器人坐标系及位姿描述
3.2.1常用坐标系
3.2.2位姿描述
3.3坐标变换
3.3.1平移变换
3.3.2旋转变换
3.3.3复合变换
3.4齐次坐标与齐次变换
3.4.1齐次坐标
3.4.2齐次变换
3.5旋量及旋量运动
3.5.1旋量
3.5.2旋量运动
3.6本章小结
习题
第4章机器人运动学
4.1运动学问题基本内容
4.2机器人连杆化及D-H变换矩阵
4.2.1机器人连杆化
4.2.2D-H参数
4.2.3D-H变换矩阵
4.3运动学正解问题
4.3.1PUMA 560机器人
4.3.2IRB 1200机器人
4.4运动学逆解问题
4.4.1几何分析法
4.4.2代数分析法
4.4.3特殊处理之Pieper解法
4.5运动学问题实例
4.6本章小结
习题
第5章机械臂的速度与力分析
5.1时变位姿与表示
5.1.1矢量的微分形式
5.1.2角速度矢量
5.2刚体线速度与角速度
5.2.1刚体线速度
5.2.2刚体角速度
5.3机械臂速度与速度传递
5.3.1机械臂速度
5.3.2速度传递
5.4速度Jacob矩阵及微分运动
5.4.1速度Jacob矩阵
5.4.2微分运动
5.5力分析与力Jacob矩阵
5.5.1力分析
5.5.2力Jacob矩阵
5.6本章小结
习题
第6章机器人动力学
6.1参数计算
6.1.1线加速度计算
6.1.2角加速度计算
6.1.3惯量张量计算
6.2机器人动力学及逆问题
6.3牛顿-欧拉法建立动力学方程
6.3.1速度/加速度计算
6.3.2力/力矩计算
6.3.3迭代形式的牛顿-欧拉动力学方程
6.3.4封闭形式的牛顿-欧拉动力学方程
6.4拉格朗日法建立动力学方程
6.4.1拉格朗日方程
6.4.2两自由度机械臂示例
6.4.3SCARA机器人示例
6.5考虑摩擦力时的动力学建模
6.5.1黏性摩擦模型
6.5.2库仑摩擦模型
6.5.3复合摩擦模型
6.6本章小结
习题
第7章机器人动力学参数辨识方法
7.1动力学参数辨识基础
7.1.1动力学参数辨识的原因
7.1.2动力学参数辨识的定义
7.1.3动力学参数辨识的原理
7.2动力学参数辨识常用方法
7.2.1拆解测量法
7.2.2CAD法
7.2.3模态分析法
7.2.4整体辨识法
7.3SCARA机器人动力学参数辨识示例
7.3.1SCARA机器人动力学建模
7.3.2动力学方程线性化
7.3.3激励轨迹优化设计
7.3.4动力学参数辨识
7.3.5测试与验证
7.4协作机器人动力学参数辨识示例
7.4.1协作机器人动力学建模
7.4.2关节摩擦力矩建模与辨识
7.4.3惯性参数辨识
7.4.4测试与验证
7.5本章小结
习题
第8章机器人轨迹规划
8.1轨迹规划基础
8.1.1工作台坐标系
8.1.2自由空间及障碍物空间
8.1.3路径上的“点”
8.2轨迹规划问题的数学描述
8.3轨迹规划的分类
8.3.1轨迹规划和路径规划
8.3.2静态规划和动态规划
8.3.3离线规划和在线规划
8.3.4全局规划和局部规划
8.3.5有运动约束规划和无运动约束规划
8.3.6多机器人任务规划
8.4路径规划常用方法
8.4.1传统路径规划方法
8.4.2智能优化算法
8.5关节空间路径规划
8.6笛卡儿空间路径规划
8.6.1带抛物线拟合的直线样条函数
8.6.2轴角坐标系与变换
8.6.3相关几何问题
8.7多机器人协作的任务规划
8.8本章小结
习题
第9章机器人设计基础
9.1自由度设计
9.2构型选择及结构优化
9.2.1构型选择
9.2.2结构优化
9.3传动与结构稳定性设计
9.4驱动电动机选择
9.5通信方式选择
9.5.1RS232通信
9.5.2CAN总线通信
9.5.3PROFINET通信
9.5.4EtherCAT通信
9.6相关软件
9.7本章小结
习题
第10章发展现状与发展趋势
10.1我国工业机器人发展现状
10.1.1离线编程与仿真软件
10.1.2协作机器人
10.2国外工业机器人发展现状
10.2.1离线编程与仿真软件
10.2.2协作机器人和类协作机器人
10.2.3小型多功能机器人
10.2.4多接口高性能控制器
10.3工业机器人发展趋势
参考文献