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第一章 绪论1

1.1机器人学的起源与发展1

1.1.1机器人学的起源1

1.1.2机器人学的发展2

1.2机器人的定义和特点4

1.2.1机器人的定义4

1.2.2机器人的主要特点5

1.3机器人的构成与分类6

1.3.1机器人系统的构成6

1.3.2机器人的自由度7

1.3.3机器人的分类9

1.4机器人学的研究领域13

1.5本书概要15

1.6小结17

习题17

第二章 机器人的空间描述和坐标变换18

2.1位姿和坐标系描述18

2.2平移和旋转坐标系映射20

2.3平移和旋转齐次坐标变换21

2.4物体的变换和变换方程25

2.5通用旋转变换28

2.6小结31

习题31

第三章 机器人运动学34

3.1机械手运动方程的表示34

3.1.1机械手运动姿态和方向角的表示35

3.1.2平移变换的不同坐标系表示37

3.1.3 A矩阵和T矩阵的表示38

3.2机械手运动方程的求解41

3.2.1欧拉变换解42

3.2.2 RPY变换解45

3.2.3球面变换解45

3.3机器人运动的分析与综合举例46

3.3.1机器人运动分析举例47

3.3.2机器人运动综合举例50

3.4机器人的雅可比公式53

3.4.1机器人的微分运动53

3.4.2雅可比矩阵的定义与求解61

3.4.3机器人雅可比矩阵计算举例64

3.5小结67

习题68

第四章 机器人动力学73

4.1刚体的动力学方程73

4.1.1刚体的动能与位能74

4.1.2拉格朗日方程和牛顿-欧拉方程75

4.2机械手动力学方程的计算与简化80

4.2.1质点速度的计算81

4.2.2质点动能和位能的计算82

4.2.3机械手动力学方程的推导84

4.2.4机械手动力学方程的简化85

4.3机械手动力学方程举例88

4.3.1二连杆机械手动力学方程88

4.3.2三连杆机械手的速度和加速度方程91

4.4机器人的动态特性97

4.4.1动态特性概述97

4.4.2稳定性97

4.4.3空间分辨度98

4.4.4精度99

4.4.5重复性101

4.5机械手的静态特性102

4.5.1静力和静力矩的表示102

4.5.2不同坐标系间静力的变换103

4.5.3关节力矩的确定105

4.5.4负荷质量的确定105

4.6小结106

习题107

第五章 机器人位置和力控制111

5.1机器人控制与传动概述111

5.1.1机器人控制的分类、变量与层次111

5.1.2机器人传动系统114

5.2机器人的位置控制118

5.2.1直流控制系统原理与数学模型119

5.2.2机器人位置控制的一般结构122

5.2.3单关节位置控制器的结构与模型123

5.2.4多关节位置控制器的耦合与补偿130

5.3机器人的力和位置混合控制133

5.3.1柔顺运动与柔顺控制133

5.3.2主动阻力控制137

5.3.3力和位置混合控制方案和规律140

5.3.4柔顺运动位移和力混合控制的计算146

5.4机器人的分解运动控制147

5.4.1分解运动控制原理147

5.4.2分解运动速度控制150

5.4.3分解运动加速度控制151

5.4.4分解运动力控制153

5.5小结154

习题155

第六章 机器人高级控制158

6.1机器人的变结构控制158

6.1.1变结构控制的特点和原理158

6.1.2机器人的滑模变结构控制160

6.1.3机器人轨迹跟踪滑模变结构控制163

6.2机器人的自适应控制166

6.2.1自适应控制器的状态模型和结构167

6.2.2机器人模型参考自适应控制器168

6.2.3机器人自校正自适应控制器171

6.2.4机器人线性摄动自适应控制器173

6.3机器人的智能控制175

6.3.1智能控制与智能控制系统概述175

6.3.2主要智能控制系统简介180

6.3.3机器人自适应模糊控制185

6.3.4多指灵巧手的神经控制188

6.4小结192

习题193

第七章 机器人传感器194

7.1机器人传感器概述194

7.1.1机器人传感器的特点与分类194

7.1.2应用传感器时应考虑的问题195

7.2内传感器197

7.2.1位移（位置）传感器197

7.2.2速度和加速度传感器200

7.2.3力觉传感器202

7.3外传感器205

7.3.1触觉传感器205

7.3.2应力传感器208

7.3.3接近度传感器209

7.3.4其他外传感器211

7.4机器人视觉装置212

7.4.1机器人眼212

7.4.2视频信号数字变换器214

7.4.3固态视觉装置216

7.5小结218

习题218

第八章 机器人高层规划220

8.1机器人规划概述220

8.1.1规划的作用与问题分解途径220

8.1.2机器人规划系统的任务与方法223

8.2积木世界的机器人规划226

8.2.1积木世界的机器人问题227

8.2.2积木世界机器人规划的求解228

8.3基于消解原理的机器人规划系统230

8.3.1 STRIPS系统的组成230

8.3.2 STRIPS系统规划过程231

8.3.3含有多重解答的规划234

8.4基于专家系统的机器人规划236

8.4.1规划系统的结构和机理237

8.4.2 ROPES机器人规划系统238

8.5机器人路径规划245

8.5.1机器人路径规划的主要方法和发展趋势245

8.5.2基于近似Voronoi图的机器人路径规划247

8.5.3基于模拟退火算法的机器人局部路径规划249

8.5.4基于免疫进化和示例学习的机器人路径规划254

8.5.5基于蚁群算法的机器人路径规划256

8.6小结261

习题261

第九章 机器人轨迹规划264

9.1轨迹规划应考虑的问题264

9.2关节轨迹的插值计算265

9.3笛卡儿路径轨迹规划271

9.4规划轨迹的实时生成276

9.5小结278

习题278

第十章 机器人程序设计281

10.1机器人编程要求与语言类型281

10.1.1对机器人编程的要求282

10.1.2机器人编程语言的类型285

10.2机器人语言系统结构和基本功能288

10.2.1机器人语言系统的结构288

10.2.2机器人编程语言的基本功能289

10.3常用的机器人编程语言291

10.3.1 VAL语言292

10.3.2 SIGLA语言292

10.3.3 IML语言293

10.3.4 AL语言294

10.4机器人的离线编程294

10.4.1机器人离线编程的特点和主要内容295

10.4.2机器人离线编程系统的结构296

10.4.3机器人离线编程仿真系统HOLPSS300

10.5小结302

习题303

第十一章 机器人应用306

11.1应用工业机器人必须考虑的因素306

11.1.1机器人的任务估计306

11.1.2应用机器人三要素307

11.1.3使用机器人的经验准则307

11.1.4采用机器人的步骤308

11.2机器人的应用领域309

11.2.1工业机器人309

11.2.2探索机器人310

11.2.3服务机器人311

11.2.4军事机器人312

11.3工业机器人应用举例313

11.3.1材料搬运机器人313

11.3.2焊接机器人314

11.3.3喷漆机器人317

11.4小结318

习题319

第十二章 机器人学展望320

12.1机器人技术和市场的现状与预测320

12.2 21世纪机器人技术的发展趋势323

12.3应用机器人引起的社会问题325

12.4克隆技术对智能机器人的挑战326

12.5小结329

习题330

参考文献331

英汉对照术语表340