機器人學︰運動學、動力學與控制

序
前言
第1章 機器人系統概述
1.1 引言
1.2 機器人系統工作原理
1.2.1 機器人的分類
1.2.2 機器人的結構形式
1.2.3 機器人系統工作原理
1.3 機器人的設計、控制與編程
1.3.1 機器人系統的設計
1.3.2 控制與編程
1.4 機器人的新發展與發展趨勢
第2章 剛體的轉動和旋轉變換
2.1 引言
2.2 矩陣與線性變換
2.2.1 矩陣
2.2.2 線性變換
2.2.3 叉乘矩陣
2.3 投影與鏡像變換
2.4 剛體的旋轉
2.4.1 旋轉矩陣的性質
2.4.2 旋轉矩陣的推導
2.4.3 旋轉的指數表示
2.4.4 旋轉的歐拉角
2.4.5 旋轉的歐拉-羅德里格斯參數
2.4.6 旋轉和映像的合成
2.5 坐標變換和齊次變換
2.5.1 兩個坐標系之間的坐標旋轉變換
2.5.2 原名移動的坐標變換
2.5.3 齊次坐標
2.6 相似變換和不變量概念
2.6.1 相似變換
2.6.2 不變量的概念
2.6.3 旋轉的線性不變量
第3章 剛體的動力學與力學基礎
3.1 引言
3.2 一般剛體運動及其螺旋
3.2.1 直線的Plucker坐標
3.2.2 剛體運動的螺旋
3.2.3 剛體的姿態
3.3 剛體的一般瞬時運動與速度分析
3.3.1 剛體繞固定點的旋轉
3.3.2 剛體的運動的速度分析
3.3.3 剛體運動原瞬時螺旋
3.3.4 剛體的運動旋量
3.4 剛體運動的加速度分析
3.5 固定在移動坐標系下剛體的速度和加速度分析
3.6 剛體的靜力學分析
3.7 剛體動力學方程
3.7.1 動量、動量矩和動能
3.7.2 牛頓-歐拉方程
3.7.3 凱恩方程
第4章 串聯機器人操作手運動靜力學
4.1 引言
4.2 D-H表示方法
4.3 6R操作手運動學
4.4 解耦操作手逆運動學問題
4.4.1 定位問題
4.4.2 定向問題
4.5 串聯操作手的速度分析
4.5.1 角耦操作手的速度分析
4.5.2 解耦操作手的奇異位形分析
4.5.3 操作手工作空間
4.6 串聯操作手的加速度分析
4.7 串聯操作手的靜力學分析
4.8 可操作性和靈巧度與運動靈巧性指標
4.8.1 操作手定位
4.8.2 操作手的定向
4.8.3 操作手的定位和定向
第5章 串聯機器人操作手動力學
第6章 軌跡規劃
第7章 復雜機器人機械系統運動學
第8章 復雜機器人機械系統動力學
第9章 機器人的運動控制
第10章 機器人的力控制
參考文獻

裝備制造業是我國國民經濟中的重要基礎工業。機械裝備為各類產品的物化提供平台和載體，機械裝備的技術水平是衡量社會生產力水平的重要標志，機械科學、機械工程技術和機械工業的發展水平對經濟建設和社會發展的作用都至關重要。

目前，世界機械工業產值達到了總工業產值的1/3以上。我國制造業增加值在國內生產總值所佔的比重高達40%，我國的財政收入一半也來自制造業。隨著我國加入WTO，經濟越來越融入到全球經濟體系中，我國的制造業在世界制造業中的地位越來越重要，並正從制造大國邁向制造強國。至少在本世紀的前20年，制造業將仍然是我國國民經濟增長的主要來源，因此需要大批綜合素質高、能力強的機械類專業人才。

另外，我國高等教育從精英型教育階段進入了大眾型教育階段，實現了高等教育的歷史性的跨越式發展，技術的進步和社會的發展也對高等院校機械工程教育的人才培養提出了新的要求。

為此，中國科學院教材建設專家委員會和科學出版社組織我國機械工程領域的中國科學院院士、教育部教學指導委員會成員、教學名師以及經驗豐富的專家教授組成編委會，共同組織編寫了這套《中國科學院機械工程系列規劃教材》，以適應我國高等機械工程教育事業的發展，更好地實現機械工程類專業人才的培養目標．在規模上、素質上更好地滿足我國機械科學技術和機械工業發展的需要．為建設創新型國家做出貢獻。

本套教材主要有以下幾方面的特點︰

1．適應多層次的需要。本套教材依據教育部相關教學指導委員會制定的最新專業規範和機械基礎課程最新的教學基本要求，同時吸取不同層次學校教師的意見，進行了教材內容的編排與優化，能夠滿足各類型高校學生的培養目標。

2．結構體系完備。各門課程的知識點之間相互餃接，以便學生完整掌握學科基本概念、基本理論，了解學科整體發展趨勢。本套教材除主教材外，還配套有輔導書、多媒體課件、習題集及網絡課程等。

3．作者經驗豐富。參加本套教材編寫的人員不少來自相關國家重點學科、國家機械教學基地的院校，有些還是國家級、省部級教學成果獎完成人，國家級、省級精品課程建設負責人以及相關院校的骨干教師代表。

4．理論與實際相結合，加強實踐教學。在達到掌握基本理論、基本知識、基本技能的教學要求前提下，注重例題、設計實踐和實驗教學，著力于學生分析問題能力、創新能力和實際動手能力的培養。

另外，為了保證本套教材的質量，編委會聘請國內知名的同行專家對教材進行了審定。

我們還將根據機械科學與工程學科發展的戰略要求，對本套教材不斷補充、更新，以保持本套教材的系統性、先進性和適用性。

我們熱忱歡迎全國同行以及關注機械科學與工程教育、教學及教材建設的廣大有識之士對我們的工作提出寶貴意見和建議，一道為我國機械工程教育的發展而努力。

中國科學院院士 聞邦椿
2006年5月