前言

符号表

第1章 绪论

1.1 机器人的起源与发展

1.2 机器人机构学的诞生

1.3 章节安排与内容导读

习题

第2章 数学知识

2.1 坐标系与三维向量的运算

2.1.1 坐标系与点的坐标表示

2.1.2 三维向量及其运算

2.2 矩阵与线空间

2.2.1 矩阵及其运算

2.2.2 线空间与线变换

2.2.3 雅可比的概念

2.3* 线几何

2.3.1 欧氏几何、射影几何与齐次坐标

2.3.2 线矢量

2.3.3 Grassmann线几何

2.4* 旋量与旋量系

2.4.1 旋量、线矢量与偶量

2.4.2 旋量的基本运算

2.4.3 旋量系

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习题

第3章 位姿描述与刚体运动

3.1 刚体的位姿描述

3.2 刚体运动与刚体变换

3.2.1 坐标（系）映射

3.2.2 典型的刚体运动与刚体变换

3.2.3 复合变换与连续变换

3.2.4 自由矢量的变换

3.3 姿态的其他描述方法

3.3.1 欧拉角

3.3.2 R-P-Y角

3.3.3 等效轴-角

3.3.4 单位四元数

3.3.5 不同姿态描述之间的对比及映射关结

3.4* 运动旋量与刚体运动

3.4.1 基于等效轴-角表示的齐次变换推导

3.4.2 螺旋运动与螺旋变换

3.5 刚体速度

3.5.1 线速度、角速度的表示及物理意义

3.5.2* 刚体速度的描述与速度旋量

3.6* 力旋量

3.6.1 力旋量的定义

3.6.2 约束力旋量

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习题

第4章 机器人机构

4.1 机器人机构的基本组成

4.1.1 机构的基本组成元素：构件与运动副

4.1.2 运动链、机构与机器人

4.1.3 机器人机构的表示

4.2 机器人机构的简单分类

4.3 串联机器人机构

4.3.1 手臂机构

4.3.2 手腕机构

4.3.3 机器人手爪

4.4 并/混联机器人机构

4.5 移动机器人机构

4.5.1 轮式移动机器人机构

4.5.2 足式移动机器人机构

4.6 机器人的自由度

4.6.1 与自由度相关的几个基本概念

4.6.2 自由度计算公式

4.7 驱动、传动机构

4.7.1 常用的驱动器

4.7.2 传动机构与机器人用减速器

4.8 与机器人机构相关的能描述

本章小结

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习题

第5章 串联机器人的位移分析

5.1 位移分析的主要任务及意义

5.2 位移分析的基本原理与基本方法

5.2.1 基本原理：闭环方程

5.2.2 基本方法：解析法与数值法

5.3 D-H参数与串联机器人的正运动学求解

5.3.1 D-H参数法的由来

5.3.2 前置坐标系下的D-H参数

5.3.3 前置坐标系下的D-H矩阵

5.3.4 基于改进D-H参数法的串联机器人位移分析

5.3.5 标准D-H参数法与串联机器人的正运动学求解

5.4 关节空间、任务空间与驱动空间

5.5 串联机器人的位移反解

5.6* 串联机器人位移求解的指数积公式

5.6.1 位移正解的指数积公式

5.6.2 位移反解的指数积公式

5.7 机器人的工作空间

本章小结

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习题

第6章 串联机器人的速度雅可比与能评价

6.1 速度分析的主要任务及意义

6.2 递推法计算串联机器人的末端速度

6.3 速度雅可比的定义

6.4 串联机器人速度雅可比的其他计算方法

6.4.1 基于D-H参数的微分变换法

6.4.2* 基于指数积公式的求解方法

6.4.3* 螺旋运动方程

6.4.4* 参考坐标系的选择

6.5 基于速度雅可比的能分析与评价

6.5.1 奇异分析

6.5.2 灵巧分析

本章小结

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习题

第7章 并联机器人运动学基础

7.1 并联机器人的主要应用

7.2 并联机器人的位移分析

7.2.1 求解方法概述

7.2.2 典型实例分析

7.3 并联机器人的速度雅可比

7.3.1 位移方程直接求导法（直接微分法）

7.3.2* 旋量法

7.4 并联机器人的奇异

7.4.1 奇异的分类概述

7.4.2 奇异的求解方法

本章小结

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习题

第8章 机器人静力学与静刚度分析

8.1 机器人静力学与静刚度分析的主要任务与意义

8.2 静力平衡方程

8.3 静力雅可比

8.3.1 静力雅可比矩阵的定义

8.3.2 广义速度、广义力与雅可比在不同坐标系间的变换

8.3.3 力椭球

8.3.4 静力雅可比与速度雅可比之间的对偶

8.4 柔度与变形

8.4.1 刚度与柔度

8.4.2* 基于旋量理论的空间柔度矩阵建模

8.4.3* 柔度矩阵的坐标变换

8.5 刚机器人的静刚度建模

8.5.1 串联机器人的静刚度映射

8.5.2 并联机器人的静刚度映射

8.5.3 柔度矩阵与力椭球

8.6* 柔机器人的静刚度建模

本章小结

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习题

第9章 机器人动力学基础

9.1 机器人动力学建模的目的与意义

9.2 刚体的惯

9.3 基于拉格朗日方程的机器人动力学建模

本书以典型的串、并联机器人机构为对象，沿袭传统机构学研究的三大经典主题——结构动学、动力学，展开有关“型”“”“度”分析与设计方面的阐述。 全书共10章。第1章为绪论。第2、3章为全书提供数理基础。第4章介绍常见的机器人机构，为其他各章提供对象。第5章是串联机器人的运动学基础理论，主要介绍两种常用的位移求解方法：一种是基于D-H参数法的代数法，另一种是基于指数积公式的几何法。第6章主要介绍串联机器人速度雅可比的概念与求解方法，以及几种典型的基于速度雅可比的能评价指标。第7章简单介绍少许与并联机器人运动学相关的基础知识。第5～7章内容均属于机器人运动学的研究范畴。第8、9章分别简要介绍机器人静力学与动力学的基础知识，其中也涉及少许刚、柔机器人静刚度建模的方法。第10章则结合一个典型案例，给出机器人机构设计过程中遵循的一般过程。 本书可作为机器人工程专业的高年级本科生教材或研究生教材，也可作为相关科研人员与工程技术人员的参考用书。本书配有精美课件，请选用本书的教师登录机械工业出版社教育服务网（.cmpedu.com)下载。