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叢書名：“十三五”國家重點出版物出版規(guī)劃項目 現(xiàn)代機械工程系列精品教材
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- 作者：劉辛軍 于靖軍 [英]孔憲文
- 出版時間：2021/8/1
- ISBN：9787111679912
- 出 版 社：機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TP24
- 頁碼：490
- 紙張：
- 版次：
- 開本：16開
本書以經(jīng)典串、并、混聯(lián)機器人為主要對象，以“設(shè)計”為主線，沿襲傳統(tǒng)機構(gòu)學(xué)研究的三個主題——結(jié)構(gòu)學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)，展開相關(guān)“型”“性”“度”分析及設(shè)計方面的系統(tǒng)討論。
全書共14章。第1章為緒論。第2章介紹與本書內(nèi)容密切相關(guān)的數(shù)學(xué)知識，包括回顧線性代數(shù)的主要知識點，以及闡述線幾何與旋量理論基礎(chǔ)等新內(nèi)容，為后續(xù)各章提供數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。第3章介紹位形空間與剛體運動，為后續(xù)各章提供物理基礎(chǔ)。第4章介紹常用機器人機構(gòu)，為后續(xù)各章提供研究對象。第5、6章主要講述機器人機構(gòu)的自由度與運動模式分析以及構(gòu)型綜合，屬于機器人結(jié)構(gòu)學(xué)的研究范疇。第7～10章的內(nèi)容屬于機器人運動學(xué)的研究范疇。第7章是機器人運動學(xué)基礎(chǔ)，主要介紹常用串、并聯(lián)機器人位移的正、反解求解方法。第8、9章分別從速度雅可比和運動/力交互特性兩個角度對機器人的運動性能進行評價。第10章簡單介紹了一些有關(guān)機器人運動學(xué)尺度綜合及優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)容。第11、12章分別簡單介紹了機器人靜力學(xué)（含靜剛度）和動力學(xué)的基礎(chǔ)知識。第13章主要涉及柔性機器人機構(gòu)學(xué)的基本內(nèi)容，是對剛體機器人機構(gòu)學(xué)研究內(nèi)容的補充。第14章給出了兩個綜合設(shè)計實例，反映對前述理論方法的應(yīng)用。
本書可作為機器人相關(guān)專業(yè)的本科高年級學(xué)生及研究生的教材，也可作為相關(guān)科研人員與工程技術(shù)人員的參考用書。
前言
符號表
第１章 緒論…………………………………… １
１-１ 機器人的起源與發(fā)展 …………………… １
１-２ 機器人機構(gòu)學(xué)的誕生 …………………… ３
１-３ 機器人機構(gòu)學(xué)的主要研究內(nèi)容 ………… ５
１-４ 章節(jié)安排與內(nèi)容導(dǎo)讀 …………………… ６
習(xí)題……………………………………………… ８
第２章 數(shù)學(xué)基礎(chǔ) …………………………… ９
２-１ 坐標系與三維向量的運算 ……………… ９
２-１-１ 坐標系與點的坐標表示 …………… ９
２-１-２ 三維向量及其運算………………… １０
２-２ 矩陣與線性空間………………………… １２
２-２-１ 矩陣及其運算……………………… １２
２-２-２ 線性空間與線性變換……………… １４
２-２-３ 雅可比的概念……………………… １４
２-３ 線幾何…………………………………… １５
２-３-１ 歐幾里得幾何、射影幾何與齊次坐標………１５
２-３-２ 線矢量……………………………… １６
２-３-３ 格拉斯曼線幾何…………………… １８
２-４ 旋量與旋量系…………………………… １９
２-４-１ 旋量、線矢量與偶量……………… １９
２-４-２ 旋量的基本運算…………………… ２０
２-４-３ 旋量系……………………………… ２１
擴展閱讀文獻 ………………………………… ２３
習(xí)題 …………………………………………… ２４
第３章 位形空間與剛體運動 …………… ２５
３-１ 位形空間………………………………… ２５
３-２ 剛體位姿的描述………………………… ２８
３-３ 剛體運動與剛體變換…………………… ３２
３-３-１ 坐標 （系）映射…………………… ３２
３-３-２ 典型的剛體運動與剛體變換……… ３６
３-３-３ 復(fù)合變換…………………………… ４２
３-３-４ 自由矢量的變換…………………… ４５
３-４ 剛體姿態(tài)的其他描述方法……………… ４６
３-４１ 歐拉角 （Ｅｕｌｅｒａｎｇｌｅ） ……………４６
３-４-２�。要玻歇玻俳� …………………………… ５０
３-４-３ 等效軸角 ………………………… ５２
３-４-４ 單位四元數(shù)………………………… ５６
３-４-５ 不同姿態(tài)描述之間的對比及映射關(guān)系總結(jié)………６０
３-５ 運動旋量與剛體運動…………………… ６１
３-５-１ 基于等效軸角表示的齊次變換推導(dǎo)…………………… ６１
３-５-２ 螺旋運動與螺旋變換……………… ６６
３-６ 剛體速度………………………………… ７０
３-６-１ 線速度、角速度的描述及物理意義……………………… ７０
３-６-２ 剛體速度的描述與速度旋量……… ７２
３-７ 力旋量…………………………………… ７５
３-７-１ 力旋量的定義……………………… ７５
３-７-２ 約束力旋量………………………… ７７
３-８ 本章小結(jié)………………………………… ７９
擴展閱讀文獻 ………………………………… ８０
習(xí)題 …………………………………………… ８０
第４章 常用機器人機構(gòu) ………………… ８４
４-１ 機器人機構(gòu)的基本組成………………… ８４
４-１-１ 機構(gòu)的基本組成元素：構(gòu)件與運動副……… ８４
４-１-２ 運動鏈、機構(gòu)與機器人…………… ８７
４-１-３ 機器人機構(gòu)的表示………………… ８８
�。椽保病C器人機構(gòu)的分類……………………… ９０
�。椽保场〈�(lián)機器人機構(gòu)………………………… ９１
�。椽保唱保薄∈直蹤C構(gòu)…………………………… ９２
�。椽保唱保病∈滞髾C構(gòu)…………………………… ９４
４３３ 機器人手爪………………………… ９７
�。椽保础〔ⅲ炻�(lián)機器人機構(gòu) …………………… ９９
�。椽保怠∫苿訖C器人機構(gòu) ……………………… １０４
Ⅵ 機器人機構(gòu)學(xué)
�。椽保氮保薄≥喪揭苿訖C器人機構(gòu) …………… １０５
４５２ 足式移動機器人機構(gòu) …………… １０７
�。椽保丁◎�(qū)動、傳動機構(gòu) ……………………… １１０
�。椽保丢保薄〕Ｓ玫尿�(qū)動器 …………………… １１０
４６２ 傳動機構(gòu)與機器人用減速器 …… １１１
�。椽保贰∨c機器人機構(gòu)相關(guān)的性能描述 ……… １１４
４８ 本章小結(jié) ……………………………… １１７
擴展閱讀文獻………………………………… １１７
習(xí)題…………………………………………… １１８
第５章 自由度與運動模式分析 ……… １２３
�。氮保薄∨c自由度相關(guān)的基本概念 …………… １２３
５２ 自由度計算公式 ……………………… １２６
�。氮保场∽杂啥扰c過約束分析 ………………… １３０
�。氮保唱保薄⌒坷碚摰木�圖描述方法 ……… １３０
�。氮保唱保病∽杂啥扰c約束分析 ……………… １３６
５４ 機器人的運動模式 …………………… １４４
�。氮保椽保薄C器人位形空間的位移流形
描述 ……………………………… １４４
５４２ 運動模式分析 …………………… １４７
�。氮保椽保场≥斎脒x取與多運動模式機構(gòu) …… １５４
５５ 奇異位形 ……………………………… １５６
�。氮保丁”菊滦〗Y(jié) ……………………………… １５８
擴展閱讀文獻………………………………… １５９
習(xí)題…………………………………………… １５９
第６章 構(gòu)型綜合 ………………………… １６５
６１ 構(gòu)型綜合方法概述 …………………… １６５
�。丢保豹保薄∶杜e法 …………………………… １６５
６１２ 演化法 …………………………… １６６
�。丢保豹保场〗M合法 …………………………… １７１
６１４ 運動綜合法 ……………………… １７２
�。丢保豹保怠〖s束綜合法 ……………………… １７２
�。丢保豹保丁∑渌椒� ………………………… １７３
�。丢保病』趫D譜法的構(gòu)型綜合 ……………… １７５
６２１ 總體思路和一般步驟 …………… １７５
�。丢保勃保病�(gòu)型綜合實例 …………………… １８０
６３ 基于旋量理論的約束綜合法 ………… １８７
�。丢保唱保薄∫话悴襟E ………………………… １８７
�。丢保唱保病�(gòu)型綜合舉例 …………………… １８８
�。丢保础”菊滦〗Y(jié) ……………………………… １９５
擴展閱讀文獻………………………………… １９６
習(xí)題…………………………………………… １９６
第７章 機器人運動學(xué)基礎(chǔ)……………… １９８
�。藩保薄∵\動學(xué)分析的主要任務(wù)及意義 ……… １９８
７２ 位移分析的基本原理與方法 ………… １９９
�。藩保勃保薄』驹恚洪]環(huán)方程 …………… １９９
�。藩保勃保病』痉椒ǎ航馕龇ㄅc數(shù)值法 …… ２０１
�。藩保场。莫玻葏�(shù)法與串聯(lián)機器人的正運動
學(xué)求解 ………………………………… ２０３
�。藩保唱保薄。莫玻葏�(shù)法的由來 ……………… ２０３
�。藩保唱保病∏爸米鴺讼迪碌� ＤＨ參數(shù)法 …… ２０４
７３３ 前置坐標系下的 ＤＨ矩陣 ……… ２０７
�。藩保唱保础』诟倪MＤＨ參數(shù)法的串聯(lián)機
器人位移分析 …………………… ２０９
７３５ 標準ＤＨ參數(shù)法與串聯(lián)機器人
的正向運動學(xué)求解 ……………… ２１２
�。藩保础〈�(lián)機器人的位移反解 ……………… ２１７
�。藩保怠〈�(lián)機器人位移求解的指數(shù)積公式 … ２２３
７５１ 位移正解的指數(shù)積公式 ………… ２２３
�。藩保氮保病∥灰品唇獾闹笖�(shù)積公式 ………… ２２９
７６ 串聯(lián)機器人的工作空間 ……………… ２３５
�。藩保贰〔⒙�(lián)機器人的位移分析 ……………… ２３６
�。藩保藩保薄∏蠼夥椒ǜ攀� …………………… ２３６
７７２ 典型實例分析 …………………… ２３７
�。藩保浮”菊滦〗Y(jié) ……………………………… ２５０
擴展閱讀文獻………………………………… ２５１
習(xí)題…………………………………………… ２５２
第８章 基于速度雅可比的性能評價 … ２５６
８１ 速度雅可比的定義 …………………… ２５６
�。釜保病〈�(lián)機器人速度雅可比的計算方法 … ２５８
８２１ 微分變換法 ……………………… ２５８
�。釜保勃保病』� ＰｏＥ公式的求解方法 ……… ２６１
�。釜保勃保场÷菪\動方程法 ………………… ２６５
�。釜保勃保础⒖甲鴺讼档倪x擇 ……………… ２６６
８３ 并聯(lián)機器人速度雅可比的計算
方法 …………………………………… ２６７
�。釜保唱保薄∥灰品匠讨苯忧髮�(dǎo)法 …………… ２６７
８３２ 旋量法 …………………………… ２６８
�。釜保础』谒俣妊趴杀鹊臋C器人奇異性
分析 …………………………………… ２７０
８４１ 串聯(lián)機器人的奇異性分析 ……… ２７０
目 錄Ⅶ
�。釜保椽保病〔⒙�(lián)機器人的奇異性分析 ……… ２７３
�。釜保怠』谒俣妊趴杀鹊臋C器人靈巧度
分析 …………………………………… ２７６
８５１ 條件數(shù) …………………………… ２７６
８５２ 可操作度與可操作度橢球 ……… ２７７
�。釜保丁”菊滦〗Y(jié) ……………………………… ２７９
擴展閱讀文獻………………………………… ２７９
習(xí)題…………………………………………… ２８０
第９章 基于運動／力交互特性的性能
評價………………………………… ２８３
９１ 運動／力傳遞特性……………………… ２８３
�。躬保豹保薄鬟f與約束力旋量的計算 ……… ２８４
�。躬保豹保病≥斎肱c輸出運動旋量的計算 …… ２８６
�。躬保豹保场∵\動與力的傳遞關(guān)系 …………… ２８９
�。躬保豹保础∵\動與力旋量空間 ……………… ２９０
�。躬保病∵\動／力傳遞和約束性能評價指標…… ２９３
�。躬保勃保薄∵\動／力傳遞性能評價指標……… ２９３
�。躬保勃保病∵\動／力約束性能評價指標……… ３００
�。躬保勃保场【C合分析實例 …………………… ３０４
�。躬保场』谶\動／力傳遞性能的機構(gòu)奇異性
分析 …………………………………… ３０８
�。躬保唱保薄∑娈悪C理及分類 ………………… ３０８
�。躬保唱保病』谶\動／力傳遞性能的奇異性
分析 ……………………………… ３０８
�。躬保础”菊滦〗Y(jié) ……………………………… ３１４
擴展閱讀文獻………………………………… ３１５
習(xí)題…………………………………………… ３１５
第１０章 運動學(xué)優(yōu)化設(shè)計 ……………… ３１７
�。保蔼保薄煞N常用的運動學(xué)優(yōu)化設(shè)計方法…… ３１７
�。保蔼保豹保薄』谀繕撕瘮�(shù)的運動學(xué)優(yōu)化設(shè)
計方法 …………………………… ３１７
１０１２ 基于性能圖譜的運動學(xué)優(yōu)化設(shè)
計方法 …………………………… ３２０
�。保蔼保病C器人機構(gòu)的尺度綜合……………… ３２４
１０２１ 設(shè)計指標 ………………………… ３２４
�。保蔼保勃保病∫话懔鞒� ………………………… ３２６
�。保蔼保勃保场≡O(shè)計實例 ………………………… ３２７
１０３ 本章小結(jié)……………………………… ３３２
擴展閱讀文獻………………………………… ３３３
習(xí)題…………………………………………… ３３３
第１１章 機器人靜力學(xué)與靜剛度
分析 ……………………………… ３３５
�。保豹保薄C器人靜力學(xué)與靜剛度分析的主要
任務(wù)與意義…………………………… ３３５
１１２ 靜力平衡方程………………………… ３３６
�。保豹保场§o力雅可比矩陣……………………… ３４１
�。保豹保唱保薄§o力雅可比矩陣的定義 ………… ３４１
�。保豹保唱保病×E球 …………………………… ３４３
�。保豹保唱保场§o力雅可比與速度雅可比之間
的對偶性 ………………………… ３４５
�。保豹保础∪岫扰c變形…………………………… ３４６
�。保豹保椽保薄偠扰c柔度 ……………………… ３４６
１１４２ 基于旋量理論的空間柔度矩陣
建模 ……………………………… ３４７
�。保豹保椽保场∪岫染仃嚨淖鴺俗儞Q …………… ３４８
１１５ 剛性機器人的靜剛度分析…………… ３５０
�。保豹保氮保薄〈�(lián)機器人的靜剛度映射 ……… ３５０
�。保豹保氮保病〔⒙�(lián)機器人的靜剛度映射 ……… ３５１
�。保豹保氮保场∪岫染仃嚺c力橢球 ……………… ３５２
１１６ 柔性機器人的靜剛度分析…………… ３５３
�。保豹保贰”菊滦〗Y(jié)……………………………… ３５７
擴展閱讀文獻………………………………… ３５７
習(xí)題…………………………………………… ３５８
第１２章 機器人動力學(xué)基礎(chǔ) …………… ３６１
１２１ 研究機器人動力學(xué)的目的與意義…… ３６１
�。保勃保病傮w的慣性…………………………… ３６１
１２３ 基于拉格朗日方程的機器人動力學(xué)
建�！� ３６６
�。保勃保唱保薄∫话阗|(zhì)點系的拉格朗日
方程 ……………………………… ３６６
�。保勃保唱保病〈�(lián)機器人的拉格朗日方程 …… ３６７
�。保勃保唱保场』冢校铮殴降臋C器人動力
學(xué)方程 …………………………… ３７５
�。保勃保础』谂ｎD歐拉方程的動力學(xué)建模 … ３８０
１２４１ 一般剛體的牛頓歐拉方程 …… ３８０
�。保勃保椽保病∏爸米鴺讼迪麓�(lián)機器人的牛
頓歐拉方程 …………………… ３８２
�。保勃保椽保场『笾米鴺讼迪麓�(lián)機器人的牛
頓歐拉方程 …………………… ３９１
�。保勃保怠”菊滦〗Y(jié)……………………………… ３９４
Ⅷ 機器人機構(gòu)學(xué)
擴展閱讀文獻………………………………… ３９５
習(xí)題…………………………………………… ３９５
第１３章 柔性機器人機構(gòu)學(xué)基礎(chǔ) ……… ３９７
�。保唱保薄∪嵝詸C器人機構(gòu)及其應(yīng)用…………… ３９７
１３１１ 用于精密工程領(lǐng)域的柔性工
作臺 ……………………………… ３９８
�。保唱保豹保病∪嵝苑律鷻C器人 ………………… ３９９
�。保唱保病∽杂啥确治觥� ４０３
�。保唱保勃保薄∪岫认蜃杂啥鹊牡刃в成� ……… ４０３
�。保唱保勃保病』谔卣魅岫染仃嚨淖杂啥�
分析 ……………………………… ４０５
�。保唱保勃保场』趫D譜法的自由度分析 ……… ４０８
１３３ 圖譜化構(gòu)型綜合……………………… ４１１
�。保唱保础∵\動學(xué)分析…………………………… ４１９
�。保唱保椽保薄』救嵝詥卧膫蝿傮w模型 …… ４１９
�。保唱保椽保病』趥蝿傮w模型法的柔性機器人機構(gòu)
運動學(xué)分析 ……………………… ４２２
�。保唱保怠恿W(xué)分析…………………………… ４２７
１３５１ 常用動力學(xué)建模方法概述 ……… ４２８
�。保唱保氮保病』诩袇�(shù)法的動力學(xué)
建模 ……………………………… ４２９
�。保唱保氮保场《噍S精密柔性機器人機構(gòu)的動力
學(xué)建模 …………………………… ４３３
�。保唱保丁∵B續(xù)體機器人運動學(xué)………………… ４３５
１３６１ 概述 ……………………………… ４３５
�。保唱保丢保病∵\動學(xué)正解 ……………………… ４３７
�。保唱保丢保场∵\動學(xué)反解 ……………………… ４４４
�。保唱保丢保础∷憷炞C ………………………… ４４９
１３６５ 工作空間 ………………………… ４５２
�。保唱保贰”菊滦〗Y(jié)……………………………… ４５４
擴展閱讀文獻………………………………… ４５４
習(xí)題…………………………………………… ４５５
第１４章 綜合設(shè)計實例 ………………… ４５８
�。保椽保薄∫话阍O(shè)計流程………………………… ４５８
１４２ 實例一：可實現(xiàn)ＳＣＡＲＡ運動的并聯(lián)
機器人設(shè)計…………………………… ４６０
�。保椽保勃保薄�(yīng)用背景 ………………………… ４６０
�。保椽保勃保病�(gòu)型設(shè)計 ………………………… ４６０
�。保椽保勃保场∥灰品唇� ………………………… ４６３
１４２４ 性能評價 ………………………… ４６５
�。保椽保勃保怠』谛阅軋D譜的尺度綜合 ……… ４６７
�。保椽保勃保丁訖C開發(fā)與性能測試 …………… ４６９
１４３ 實例二：大行程ＸＹ柔性納米定位
平臺的設(shè)計…………………………… ４６９
�。保椽保唱保薄�(yīng)用背景及性能指標 …………… ４６９
�。保椽保唱保病�(gòu)型設(shè)計 ………………………… ４７０
�。保椽保唱保场�(shù)設(shè)計 ………………………… ４７４
１４３４ 樣機設(shè)計 ………………………… ４８５
�。保椽保础”菊滦〗Y(jié)……………………………… ４８７
擴展閱讀文獻………………………………… ４８７
習(xí)題…………………………………………… ４８８
參考文獻 ……………………………………… ４９０
書單推薦
