前言
符號(hào)表
第１章　緒論…………………………………… １
１-１　機(jī)器人的起源與發(fā)展 …………………… １
１-２　機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)的誕生 …………………… ３
１-３　機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)的主要研究?jī)?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(biāo)系與三維向量的運(yùn)算 ……………… ９
２-１-１　坐標(biāo)系與點(diǎn)的坐標(biāo)表示 …………… ９
２-１-２　三維向量及其運(yùn)算………………… １０
２-２　矩陣與線性空間………………………… １２
２-２-１　矩陣及其運(yùn)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(biāo)………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(yùn)算…………………… ２０
２-４-３　旋量系……………………………… ２１
　擴(kuò)展閱讀文獻(xiàn) ………………………………… ２３
　習(xí)題 …………………………………………… ２４
第３章　位形空間與剛體運(yùn)動(dòng) …………… ２５
３-１　位形空間………………………………… ２５
３-２　剛體位姿的描述………………………… ２８
３-３　剛體運(yùn)動(dòng)與剛體變換…………………… ３２
３-３-１　坐標(biāo) （系）映射…………………… ３２
３-３-２　典型的剛體運(yùn)動(dòng)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
３-４�保薄�歐拉角 （Ｅｕｌｅｒａｎｇｌｅ） ……………４６
３-４-２�。要玻歇玻俳� …………………………… ５０
３-４-３　等效軸�步� ………………………… 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(duì)比及映射關(guān)系總結(jié)………６０
３-５　運(yùn)動(dòng)旋量與剛體運(yùn)動(dòng)…………………… ６１
３-５-１　基于等效軸�步潜硎镜凝R次變換推導(dǎo)…………………… ６１
３-５-２　螺旋運(yùn)動(dòng)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(kuò)展閱讀文獻(xiàn) ………………………………… ８０
　習(xí)題 …………………………………………… ８０
第４章　常用機(jī)器人機(jī)構(gòu) ………………… ８４
４-１　機(jī)器人機(jī)構(gòu)的基本組成………………… ８４
４-１-１　機(jī)構(gòu)的基本組成元素：構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副……… ８４
４-１-２　運(yùn)動(dòng)鏈、機(jī)構(gòu)與機(jī)器人…………… ８７
４-１-３　機(jī)器人機(jī)構(gòu)的表示………………… ８８
　４�保病�機(jī)器人機(jī)構(gòu)的分類……………………… ９０
�。椽保场〈�聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)………………………… ９１
　�。椽保唱保薄∈直蹤C(jī)構(gòu)…………………………… ９２
　�。椽保唱保病∈滞髾C(jī)構(gòu)…………………………… ９４
　�。椽保唱保场�機(jī)器人手爪………………………… ９７
�。椽保础〔ⅲ�混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu) …………………… ９９
�。椽保怠∫苿�(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu) ……………………… １０４
Ⅵ　機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)
　�。椽保氮保薄≥喪揭苿�(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu) …………… １０５
　�。椽保氮保病∽闶揭苿�(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu) …………… １０７
�。椽保丁◎�(qū)動(dòng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu) ……………………… １１０
　�。椽保丢保薄〕Ｓ玫尿�(qū)動(dòng)器 …………………… １１０
　�。椽保丢保病�傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與機(jī)器人用減速器 …… １１１
�。椽保贰∨c機(jī)器人機(jī)構(gòu)相關(guān)的性能描述 ……… １１４
　４�保浮”菊滦〗Y(jié) ……………………………… １１７
　擴(kuò)展閱讀文獻(xiàn)………………………………… １１７
　習(xí)題…………………………………………… １１８
第５章　自由度與運(yùn)動(dòng)模式分析 ……… １２３
�。氮保薄∨c自由度相關(guān)的基本概念 …………… １２３
�。氮保病∽杂啥扔�(jì)算公式 ……………………… １２６
�。氮保场∽杂啥扰c過(guò)約束分析 ………………… １３０
　�。氮保唱保薄⌒�量理論的線圖描述方法 ……… １３０
　　５�保唱保病∽杂啥扰c約束分析 ……………… １３６
　５�保础�機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模式 …………………… １４４
　�。氮保椽保薄�機(jī)器人位形空間的位移流形
描述 ……………………………… １４４
　�。氮保椽保病∵\(yùn)動(dòng)模式分析 …………………… １４７
　　５�保椽保场≥斎脒x取與多運(yùn)動(dòng)模式機(jī)構(gòu) …… １５４
　５�保怠∑娈愇恍� ……………………………… １５６
　５�保丁”菊滦〗Y(jié) ……………………………… １５８
　擴(kuò)展閱讀文獻(xiàn)………………………………… １５９
　習(xí)題…………………………………………… １５９
第６章　構(gòu)型綜合 ………………………… １６５
�。丢保薄�構(gòu)型綜合方法概述 …………………… １６５
　　６�保豹保薄∶杜e法 …………………………… １６５
　�。丢保豹保病⊙莼�法 …………………………… １６６
　�。丢保豹保场〗M合法 …………………………… １７１
　�。丢保豹保础∵\(yùn)動(dòng)綜合法 ……………………… １７２
　�。丢保豹保怠〖s束綜合法 ……………………… １７２
　　６�保豹保丁∑渌�方法 ………………………… １７３
　６�保病』�于圖譜法的構(gòu)型綜合 ……………… １７５
　�。丢保勃保薄】傮w思路和一般步驟 …………… １７５
　　６�保勃保病�構(gòu)型綜合實(shí)例 …………………… １８０
�。丢保场』�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�構(gòu)型綜合舉例 …………………… １８８
�。丢保础”菊滦〗Y(jié) ……………………………… １９５
　擴(kuò)展閱讀文獻(xiàn)………………………………… １９６
　習(xí)題…………………………………………… １９６
第７章　機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)……………… １９８
　７�保薄∵\(yùn)動(dòng)學(xué)分析的主要任務(wù)及意義 ……… １９８
�。藩保病∥灰品治龅幕�本原理與方法 ………… １９９
　�。藩保勃保薄』�本原理：閉環(huán)方程 …………… １９９
　　７�保勃保病』�本方法：解析法與數(shù)值法 …… ２０１
�。藩保场。莫玻葏�數(shù)法與串聯(lián)機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)
學(xué)求解 ………………………………… ２０３
　�。藩保唱保薄。莫玻葏�數(shù)法的由來(lái) ……………… ２０３
　�。藩保唱保病∏爸米鴺�(biāo)系下的 Ｄ�玻葏�數(shù)法 …… ２０４
　　７�保唱保场∏爸米鴺�(biāo)系下的 Ｄ�玻染仃� ……… ２０７
　�。藩保唱保础』�于改進(jìn)Ｄ�玻葏�數(shù)法的串聯(lián)機(jī)
器人位移分析 …………………… ２０９
　�。藩保唱保怠�標(biāo)準(zhǔn)Ｄ�玻葏�數(shù)法與串聯(lián)機(jī)器人
的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)求解 ……………… ２１２
　７�保础〈�聯(lián)機(jī)器人的位移反解 ……………… ２１７
　７�保怠〈�聯(lián)機(jī)器人位移求解的指數(shù)積公式 … ２２３
　　７�保氮保薄∥灰普�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
�。藩保丁〈�聯(lián)機(jī)器人的工作空間 ……………… ２３５
�。藩保贰〔⒙�(lián)機(jī)器人的位移分析 ……………… ２３６
　�。藩保藩保薄∏蠼夥椒ǜ攀� …………………… ２３６
　�。藩保藩保病〉湫蛯�(shí)例分析 …………………… ２３７
　７�保浮”菊滦〗Y(jié) ……………………………… ２５０
　擴(kuò)展閱讀文獻(xiàn)………………………………… ２５１
　習(xí)題…………………………………………… ２５２
第８章　基于速度雅可比的性能評(píng)價(jià) … ２５６
�。釜保薄∷俣妊趴杀鹊亩�義 …………………… ２５６
�。釜保病〈�聯(lián)機(jī)器人速度雅可比的計(jì)算方法 … ２５８
　　８�保勃保薄∥⒎肿儞Q法 ……………………… ２５８
　�。釜保勃保病』�于 ＰｏＥ公式的求解方法 ……… ２６１
　�。釜保勃保场÷菪�運(yùn)動(dòng)方程法 ………………… ２６５
　�。釜保勃保础�參考坐標(biāo)系的選擇 ……………… ２６６
�。釜保场〔⒙�(lián)機(jī)器人速度雅可比的計(jì)算
方法 …………………………………… ２６７
　　８�保唱保薄∥灰品匠讨苯忧髮�(dǎo)法 …………… ２６７
　�。釜保唱保病⌒�量法 …………………………… ２６８
�。釜保础』�于速度雅可比的機(jī)器人奇異性
分析 …………………………………… ２７０
　�。釜保椽保薄〈�聯(lián)機(jī)器人的奇異性分析 ……… ２７０
目　　錄Ⅶ　
　�。釜保椽保病〔⒙�(lián)機(jī)器人的奇異性分析 ……… ２７３
�。釜保怠』�于速度雅可比的機(jī)器人靈巧度
分析 …………………………………… ２７６
　�。釜保氮保薄�條件數(shù) …………………………… ２７６
　�。釜保氮保病】刹僮鞫扰c可操作度橢球 ……… ２７７
�。釜保丁”菊滦〗Y(jié) ……………………………… ２７９
　擴(kuò)展閱讀文獻(xiàn)………………………………… ２７９
　習(xí)題…………………………………………… ２８０
第９章　基于運(yùn)動(dòng)／力交互特性的性能
評(píng)價(jià)………………………………… ２８３
�。躬保薄∵\(yùn)動(dòng)／力傳遞特性……………………… ２８３
　�。躬保豹保薄�傳遞與約束力旋量的計(jì)算 ……… ２８４
　　９�保豹保病≥斎肱c輸出運(yùn)動(dòng)旋量的計(jì)算 …… ２８６
　�。躬保豹保场∵\(yùn)動(dòng)與力的傳遞關(guān)系 …………… ２８９
　　９�保豹保础∵\(yùn)動(dòng)與力旋量空間 ……………… ２９０
�。躬保病∵\(yùn)動(dòng)／力傳遞和約束性能評(píng)價(jià)指標(biāo)…… ２９３
　�。躬保勃保薄∵\(yùn)動(dòng)／力傳遞性能評(píng)價(jià)指標(biāo)……… ２９３
　�。躬保勃保病∵\(yùn)動(dòng)／力約束性能評(píng)價(jià)指標(biāo)……… ３００
　�。躬保勃保场【C合分析實(shí)例 …………………… ３０４
�。躬保场』�于運(yùn)動(dòng)／力傳遞性能的機(jī)構(gòu)奇異性
分析 …………………………………… ３０８
　�。躬保唱保薄∑娈悪C(jī)理及分類 ………………… ３０８
　�。躬保唱保病』�于運(yùn)動(dòng)／力傳遞性能的奇異性
分析 ……………………………… ３０８
　９�保础”菊滦〗Y(jié) ……………………………… ３１４
　擴(kuò)展閱讀文獻(xiàn)………………………………… ３１５
　習(xí)題…………………………………………… ３１５
第１０章　運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì) ……………… ３１７
�。保蔼保薄�兩種常用的運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法…… ３１７
　�。保蔼保豹保薄』�于目標(biāo)函數(shù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化設(shè)
計(jì)方法 …………………………… ３１７
　　１０�保豹保病』�于性能圖譜的運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化設(shè)
計(jì)方法 …………………………… ３２０
�。保蔼保病�機(jī)器人機(jī)構(gòu)的尺度綜合……………… ３２４
　　１０�保勃保薄≡O(shè)計(jì)指標(biāo) ………………………… ３２４
　�。保蔼保勃保病∫话懔鞒� ………………………… ３２６
　�。保蔼保勃保场≡O(shè)計(jì)實(shí)例 ………………………… ３２７
�。保蔼保场”菊滦〗Y(jié)……………………………… ３３２
　擴(kuò)展閱讀文獻(xiàn)………………………………… ３３３
　習(xí)題…………………………………………… ３３３
第１１章　機(jī)器人靜力學(xué)與靜剛度
分析 ……………………………… ３３５
�。保豹保薄�機(jī)器人靜力學(xué)與靜剛度分析的主要
任務(wù)與意義…………………………… ３３５
　１１�保病§o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×�橢球 …………………………… ３４３
　�。保豹保唱保场§o力雅可比與速度雅可比之間
的對(duì)偶性 ………………………… ３４５
�。保豹保础∪岫扰c變形…………………………… ３４６
　�。保豹保椽保薄�剛度與柔度 ……………………… ３４６
　�。保豹保椽保病』�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�(biāo)變換 …………… ３４８
�。保豹保怠�剛性機(jī)器人的靜剛度分析…………… ３５０
　　１１�保氮保薄〈�聯(lián)機(jī)器人的靜剛度映射 ……… ３５０
　�。保豹保氮保病〔⒙�(lián)機(jī)器人的靜剛度映射 ……… ３５１
　�。保豹保氮保场∪岫染仃嚺c力橢球 ……………… ３５２
�。保豹保丁∪嵝詸C(jī)器人的靜剛度分析…………… ３５３
�。保豹保贰”菊滦〗Y(jié)……………………………… ３５７
　擴(kuò)展閱讀文獻(xiàn)………………………………… ３５７
　習(xí)題…………………………………………… ３５８
第１２章　機(jī)器人動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) …………… ３６１
　１２�保薄⊙芯繖C(jī)器人動(dòng)力學(xué)的目的與意義…… ３６１
�。保勃保病�剛體的慣性…………………………… ３６１
　１２�保场』�于拉格朗日方程的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)
建�！�………………………………… ３６６
　�。保勃保唱保薄∫话阗|(zhì)點(diǎn)系的拉格朗日
方程 ……………………………… ３６６
　　１２�保唱保病〈�聯(lián)機(jī)器人的拉格朗日方程 …… ３６７
　�。保勃保唱保场』�于ＰｏＥ公式的機(jī)器人動(dòng)力
學(xué)方程 …………………………… ３７５
　１２�保础』�于牛頓�矚W拉方程的動(dòng)力學(xué)建模 … ３８０
　�。保勃保椽保薄∫话銊傮w的牛頓�矚W拉方程 …… ３８０
　　１２�保椽保病∏爸米鴺�(biāo)系下串聯(lián)機(jī)器人的牛
頓�矚W拉方程 …………………… ３８２
　�。保勃保椽保场『笾米鴺�(biāo)系下串聯(lián)機(jī)器人的牛
頓�矚W拉方程 …………………… ３９１
　１２�保怠”菊滦〗Y(jié)……………………………… ３９４
Ⅷ　機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)
　擴(kuò)展閱讀文獻(xiàn)………………………………… ３９５
　習(xí)題…………………………………………… ３９５
第１３章　柔性機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)基礎(chǔ) ……… ３９７
�。保唱保薄∪嵝詸C(jī)器人機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用…………… ３９７
　�。保唱保豹保薄∮糜诰�密工程領(lǐng)域的柔性工
作臺(tái) ……………………………… ３９８
　　１３�保豹保病∪嵝苑律鷻C(jī)器人 ………………… ３９９
�。保唱保病∽杂啥确治觥�………………………… ４０３
　　１３�保勃保薄∪岫认蜃杂啥鹊牡刃в成� ……… ４０３
　�。保唱保勃保病』�于特征柔度矩陣的自由度
分析 ……………………………… ４０５
　�。保唱保勃保场』�于圖譜法的自由度分析 ……… ４０８
　１３�保场�圖譜化構(gòu)型綜合……………………… ４１１
�。保唱保础∵\(yùn)動(dòng)學(xué)分析…………………………… ４１９
　�。保唱保椽保薄』�本柔性單元的偽剛體模型 …… ４１９
　�。保唱保椽保病』�于偽剛體模型法的柔性機(jī)器人機(jī)構(gòu)
運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 ……………………… ４２２
　１３�保怠�動(dòng)力學(xué)分析…………………………… ４２７
　�。保唱保氮保薄〕Ｓ脛�(dòng)力學(xué)建模方法概述 ……… ４２８
　�。保唱保氮保病』�于集中參數(shù)法的動(dòng)力學(xué)
建模 ……………………………… ４２９
　　１３�保氮保场《噍S精密柔性機(jī)器人機(jī)構(gòu)的動(dòng)力
學(xué)建模 …………………………… ４３３
�。保唱保丁∵B續(xù)體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)………………… ４３５
　　１３�保丢保薄「攀� ……………………………… ４３５
　�。保唱保丢保病∵\(yùn)動(dòng)學(xué)正解 ……………………… ４３７
　　１３�保丢保场∵\(yùn)動(dòng)學(xué)反解 ……………………… ４４４
　�。保唱保丢保础∷憷�驗(yàn)證 ………………………… ４４９
　�。保唱保丢保怠」ぷ骺臻g ………………………… ４５２
　１３�保贰”菊滦〗Y(jié)……………………………… ４５４
　擴(kuò)展閱讀文獻(xiàn)………………………………… ４５４
　習(xí)題…………………………………………… ４５５
第１４章　綜合設(shè)計(jì)實(shí)例 ………………… ４５８
�。保椽保薄∫话阍O(shè)計(jì)流程………………………… ４５８
�。保椽保病�實(shí)例一：可實(shí)現(xiàn)ＳＣＡＲＡ運(yùn)動(dòng)的并聯(lián)
機(jī)器人設(shè)計(jì)…………………………… ４６０
　�。保椽保勃保薄�應(yīng)用背景 ………………………… ４６０
　　１４�保勃保病�構(gòu)型設(shè)計(jì) ………………………… ４６０
　�。保椽保勃保场∥灰品唇� ………………………… ４６３
　　１４�保勃保础⌒阅茉u(píng)價(jià) ………………………… ４６５
　�。保椽保勃保怠』�于性能圖譜的尺度綜合 ……… ４６７
　�。保椽保勃保丁�樣機(jī)開(kāi)發(fā)與性能測(cè)試 …………… ４６９
�。保椽保场�實(shí)例二：大行程ＸＹ柔性納米定位
平臺(tái)的設(shè)計(jì)…………………………… ４６９
　�。保椽保唱保薄�應(yīng)用背景及性能指標(biāo) …………… ４６９
　�。保椽保唱保病�構(gòu)型設(shè)計(jì) ………………………… ４７０
　　１４�保唱保场�參數(shù)設(shè)計(jì) ………………………… ４７４
　�。保椽保唱保础�樣機(jī)設(shè)計(jì) ………………………… ４８５
�。保椽保础”菊滦〗Y(jié)……………………………… ４８７
　擴(kuò)展閱讀文獻(xiàn)………………………………… ４８７
　習(xí)題…………………………………………… ４８８
參考文獻(xiàn) ……………………………………… ４９０