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目录

第1章  基础知识

1.1  引言

1.2  什么是机器人

1.3  机器人的分类

1.4  什么是机器人学

1.5  机器人的发展历史

1.6  机器人的优缺点

1.7  机器人的组成部件

1.8  机器人的自由度

1.9  机器人关节

1.10  机器人的坐标 

1.11  机器人的参考坐标系

1.12  机器人的编程模式

1.13  机器人的性能指标 

1.14  机器人的工作空间

1.15  机器人语言

1.16  机器人的应用 

1.17  其他机器人及其应用 

1.18  机器人的社会问题

小结

参考文献

习题

第2章  机器人位置运动学

2.1  引言

2.2  机器人机构 

2.3  符号规范

2.4  机器人运动学的矩阵表示 

2.4.1  空间点的表示

2.4.2  空间向量的表示

2.4.3  坐标系在固定参考坐标系原点的表示

2.4.4  坐标系在固定参考坐标系中的表示 

2.4.5  刚体的表示

2.5  齐次变换矩阵

2.6  变换的表示 

2.6.1  纯平移变换的表示

2.6.2  绕轴纯旋转变换的表示

2.6.3  复合变换的表示

2.6.4  相对于旋转坐标系的变换

2.7  变换矩阵的逆

2.8  机器人的正逆运动学

2.9  位置的正逆运动学方程

2.9.1  直角(台架)坐标

2.9.2  圆柱坐标

2.9.3  球坐标

2.9.4  链式坐标 

2.10  姿态的正逆运动学方程 

2.10.1  滚动角、俯仰角和偏航角 

2.10.2  欧拉角 

2.10.3  链式关节

2.11  位姿的正逆运动学方程 

2.12  机器人正运动学方程的D-H表示

2.13  机器人的逆运动学解 

2.13.1  链式机器人臂的一般解

2.14  机器人的逆运动学编程 

2.15  机器人的退化和灵巧特性 

2.15.1  退化

2.15.2  灵巧

2.16  D-H表示法的基本问题

2.17  设计项目 

2.17.1  3自由度机器人

2.17.2  3自由度移动机器人

小结

参考文献

习题

第3章  微分运动和速度

3.1  引言 

3.2  微分关系

3.3  雅可比矩阵

3.4  微分运动与大范围运动 

3.5  坐标系的微分运动与机器人的微分运动

3.6  坐标系微分运动 

3.6.1  微分平移 

3.6.2  绕参考轴的微分旋转 

3.6.3  绕一般轴q的微分旋转 

3.6.4  坐标系的微分变换

3.7  微分变化的解释 

3.8  坐标系之间的微分变化 

3.9  机器人及机器人手坐标系的微分运动 

3.10  雅可比矩阵的计算 

3.11  如何建立雅可比矩阵和微分算子之间的关联

3.12  雅可比矩阵求逆

3.13  设计项目

3.13.1  3自由度机器人 

3.13.2  3自由度移动机器人 

小结

参考文献

习题

第4章  动力学分析和力

4.1  引言

4.2  拉格朗日力学的简短回顾

4.3  有效转动惯量

4.4  多自由度机器人的动力学方程

4.4.1  动能

4.4.2  势能

4.4.3  拉格朗日函数 

4.4.4  机器人运动方程

4.5  机器人的静力分析

4.6  坐标系间力和力矩的变换

4.7  设计项目

小结

参考文献

习题

第5章  轨迹规划

5.1  引言

5.2  路径与轨迹

5.3  关节空间描述与直角坐标空间描述

5.4  轨迹规划的基本原理

5.5  关节空间的轨迹规划

5.5.1  三次多项式轨迹规划

5.5.2  五次多项式轨迹规划

5.5.3  抛物线过渡的线性段

5.5.4  具有中间点及用抛物线过渡的线性段 

5.5.5  高次多项式运动轨迹

5.5.6  其他轨迹 

5.6  直角坐标空间的轨迹规划

5.7  连续轨迹记录

5.8  设计项目

小结

参考文献

习题

第6章  运动控制系统

6.1  引言

6.2  基本组成和术语

6.3  结构图

6.4  系统动力学

6.5  拉普拉斯变换

6.6  拉普拉斯反变换

6.6.1  F(s)的极点无重根时的部分分式展开 

6.6.2  F(s)的极点含重根时的部分分式展开 

6.6.3  F(s)的极点含共轭复根时的部分分式展开

6.7  传递函数

6.8  结构图代数

6.9  一阶传递函数的特性

6.10  二阶传递函数的特性

6.11  特征方程：零极点分布

6.12  稳态误差

6.13  根轨迹法

6.14  比例控制器

6.15  比例积分控制器

6.16  比例加微分控制器

6.17  比例积分微分（PID）控制器

6.18  超前和滞后补偿器

6.19  伯德图和频域分析

6.20  开环和闭环表示的应用对比

6.21  多输入多输出系统

6.22  状态空间控制方法

6.23  数字控制

6.24  非线性控制系统

6.25  机电系统动力学：机器人驱动和控制

6.26  设计项目

小结

参考文献

习题

第7章  驱动器和驱动系统

7.1  引言

7.2  驱动系统的特性

7.2.1  标称特性

7.2.2  刚度和柔性 

7.2.3  使用减速齿轮 

7.3  驱动系统的比较

7.4  液压驱动器

7.5  气动装置

7.6  电机

7.6.1  交流型和直流型电机的基本区别

7.6.2  直流电机

7.6.3  交流电机 

7.6.4  无刷直流电机 

7.6.5  直接驱动电机

7.6.6  伺服电机 

7.6.7  步进电机 

7.7  电机的微处理器控制

7.7.1  脉冲宽度调制 

7.7.2  采用H桥的直流电机转向控制 

7.8  磁致伸缩驱动器

7.9  形状记忆金属

7.10  电活性聚合物（EAP）

7.11  减速器

7.12  其他系统

7.13  设计项目

7.13.1  设计项目1 

7.13.2  设计项目2

7.13.3  设计项目3 

7.13.4  设计项目4 

小结

参考文献

习题

第8章  传感器

8.1  引言

8.2  传感器特性

8.3  传感器的使用

8.4  位置传感器

8.4.1  电位器

8.4.2  编码器

8.4.3  线位移差动变压器 

8.4.4  旋转变压器 

8.4.5  传输时间测量（磁反射）型位移传感器 

8.4.6  霍尔传感器 

8.4.7  其他装置 

8.5  速度传感器

8.5.1  编码器

8.5.2  测速计

8.5.3  位置信号微分 

8.6  加速度传感器

8.7  力和压力传感器

8.7.1  压电晶体 

8.7.2  力敏电阻 

8.7.3  应变片

8.7.4  防静电泡沫 

8.8  力矩传感器

8.9  微动开关

8.10  可见光和红外传感器

8.11  接触和触觉传感器

8.12  接近觉传感器

8.12.1  磁感应接近觉传感器 

8.12.2  光学接近觉传感器 

8.12.3  超声波接近觉传感器 

8.12.4  感应式接近觉传感器 

8.12.5  电容式接近觉传感器 

8.12.6  涡流接近觉传感器 

8.13  测距仪

8.13.1  超声波测距仪

8.13.2  光测距仪 

8.13.3  全球定位系统（GPS）

8.14  嗅觉传感器

8.15  味觉传感器

8.16  视觉系统

8.17  语音识别装置

8.18  语音合成器

8.19  远程中心柔顺装置

8.20  设计项目

小结

参考文献

第9章  视觉系统图像处理和分析

9.1  引言

9.2  基本概念

9.2.1  图像处理与图像分析

9.2.2  二维和三维图像

9.2.3  图像的本质 

9.2.4  图像的获取

9.2.5  数字图像 

9.2.6  频域和空域 

9.3  信号的傅里叶变换及频谱

9.4  图像的频谱：噪声和边缘 

9.5  分辨率和量化

9.6  采样理论

9.7  图像处理技术

9.8  图像直方图

9.9  阈值处理

9.10  空域操作：卷积掩模

9.11  连通性

9.12  降噪

9.12.1  采用卷积掩模的邻域平均 

9.12.2  图像平均 

9.12.3  频域 

9.12.4  中值滤波器

9.13  边缘检测

9.14  锐化图像

9.15  霍夫变换

9.16  分割

9.17  基于区域增长和区域分解的分割

9.18  二值形态操作

9.18.1  加厚操作 

9.18.2  扩张操作 

9.18.3  腐蚀操作

9.18.4  骨架化 

9.18.5  放缩操作 

9.18.6  缩放操作

9.18.7  填充操作 

9.19  灰度形态操作

9.19.1  腐蚀操作

9.19.2  扩张操作 

9.20  图像分析

9.21  基于特征的物体识别

9.21.1  用于物体辨识的基本特征 

9.21.2  矩

9.21.3  模板匹配 

9.21.4  离散傅里叶描述算子

9.21.5  计算机断层造影 

9.22  视觉系统中的深度测量

9.22.1  场景分析与映射 

9.22.2  距离检测和深度分析 

9.22.3  立体成像

9.22.4  利用阴影和大小进行场景分析

9.23  特殊光照

9.24  图像数据压缩

9.24.1  帧内空域技术

9.24.2  帧间编码技术

9.24.3  压缩技术 

9.25  彩色图像

9.26  启发式方法

9.27  视觉系统的应用

9.28  设计项目

小结

参考文献

习题

第10章  模糊逻辑控制 

10.1  引言 

10.2  模糊控制需要什么

10.3  清晰值与模糊值

10.4  模糊集合：隶属度与真值度 

10.5  模糊化 

10.6  模糊推理规则库 

10.7  清晰化 

10.7.1  重心法

10.7.2  Mamdani推理法 

10.8  模糊逻辑控制器的仿真 

10.9  模糊逻辑在机器人中的应用 

10.10  设计项目

小结

参考文献

习题

附录A  矩阵代数和三角学复习 

附录B  图像采集系统

附录C  采用MATLAB的根轨迹和伯德图 

附录D  利用商用软件的机器人仿真

作者介绍

    Saeed B. Niku是位于美国圣路易斯奥比斯波的加州州立科技大学的机械工程教授，他自1983年起，教授了力学、机器人学和设计等课程。主要研究领域包括：机械学、机械设计、机器人等。他在机器人、视觉系统、产品和系统设计、工程教育及为残疾人的设计等方面出版了许多书籍和发表了许多论文。

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本书反映了机器人学的基础知识及其相关的先进理论与技术，适合作为机械、自动化及计算机等专业本科高年级学生或研究生的教材，也可供从事机器人学研究的教师或其他人员学习和参考。