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简介
本书从控制的角度系统地介绍了机器人学的基础知识和当前的发展状况
。全书共分为12章，由基础篇、控制结构篇和先进控制篇构成。基础篇着重
介绍串联关节机器人的运动学、运动规划和动力学。其中，运动学部分从坐
标变换人手，介绍了正向运动学方程的建立、逆向运动学的求解以及机器人
的微分运动等内容。控制结构篇着重介绍机器人的传感技术、位置控制和力
控制。针对机器人控制领域的研究动态和主要研究方向，先进控制篇介绍了
传感信息融合、视觉控制、协调控制、移动机器人技术、智能控制方法等。
全书以串联关节机器人为主，同时兼顾了移动机器人的控制问题。本书
注重理论与应用的结合，力求使读者能够尽快掌握机器人控制技术，了解机
器人控制的主要研究方向。
本书可作为控制科学与工程、计算机等学科的研究生和高年级本科生教
材，也可作为科研工作者和工程技术人员的参考书。
目录
基础篇
第1章 绪论
1.1 机器人的基本概念与发展历程
1.2 机器人学的研究领域
1.3 机器人的特点与基本结构
1.4 机器人控制的基本方法
1.4.1 根据控制量分类
1.4.2 根据控制算法分类
1.5 本领域的重要学术期刊与会议简介
参考文献
习题
第2章 机器人运动学
2.1 位置与姿态的表示
2.1.1 位置描述
2.1.2 姿态描述
2.1.3 位姿描述
2.2 坐标变换
2.2.1 坐标变换
2.2.2 齐次坐标变换
2.3 通用旋转变换
2.3.1 通用旋转变换
2.3.2 通用旋转变换的转轴与转角求取
2.4 连杆变换矩阵
2.4.1 关节与连杆
2.4.2 连杆坐标系
2.4.3 连杆变换矩阵
2.5 机器人正向运动学
2.5.1 PUMA 560机器人的正向运动学
2.5.2 MOTOMAN Kl0机器人的正向运动学
2.5.3 移动机器人的运动学与推算定位法
2.6 机器人逆向运动学
2.6.1 解析法
2.6.2 投影法与解析法相结合
2.7 机器人的微分运动
2.7.1 微分变换
2.7.2 雅可比矩阵
2.7.3 雅可比矩阵的求取实例
本章小结
参考文献
习题
第3章 机器人的运动规划
3.1 工业机器人的运动
3.1.1 点到点运动
3.1.2 轨迹跟踪运动
3.2 工业机器人的关节空间运动规划
3.2.1 关节空间运动规划
3.2.2 3次多项式插值
3.2.3 过路径点的3次多项式插值
3.2.4 高阶多项式插值
3.2.5 用抛物线过渡的线性插值
3.2.6 过路径点的抛物线过渡线性插值
3.2.7 8样条插值
3.3 工业机器人的笛卡儿空间运动规划
3.3.1 位置规划
3.3.2 姿态规划
3.4 移动机器人路径规划
3.4.1 基于栅格的方法
3.4.2 基于行为的方法
本章小结
参考文献
习题
第4章 机器人动力学分析
4.1 拉格朗日一欧拉法
4.1.1 机器人的连杆速度
4.1.2 机器人的动能
4.1.3 机器人的势能
4.1.4 机器人的动力学方程
4.1.5 两自由度机器人的动力学方程实例
4.2 牛顿一欧拉法
4.2.1 转动坐标系和平移坐标系
4.2.2 杆件的运动学
4.2.3 机器人的递归动力学方程
4.2.4 两自由度机器人的动力学方程实例
本章小结
参考文献
习题
控制结构篇
第5章 机器人传感器
5.1 位置传感器
5.1.1 电阻式电位器
5.1.2 编码器
5.1.3 线性可变差接变压器
5.1.4 基于磁效应的位移传感器
5.1.5 微动开关
5.2 速度与加速度传感器
5.2.1 测速发电机
5.2.2 基于编码器的速度测量
5.2.3 基于多普勒效应的测速系统
5.2.4 加速度传感器
5.3 陀螺
5.3.1 机械陀螺
5.3.2 压电陀螺
5.3.3 光学陀螺
5.3.4 微机械电子陀螺
5.4 力和力矩传感器
5.4.1 通过电机电流检测力
5.4.2 力敏电阻
5.4.3 压电式力传感器
5.4.4 应变片
5.4.5 三维力和力矩传感器
5.5 接近传感器
5.6 地磁场传感器
5.6.1 机械式方向磁罗盘
5.6.2 磁通门式罗盘
5.6.3 霍尔效应式罗盘
5.6.4 磁阻式罗盘
5.7 距离传感器
5.7.1 渡越时间测量距离方法
5.7.2 三角测量方法
5.7.3 基于结构光的距离测量方法
5.8 视觉传感器
5.8.1 光导管摄像机
5.8.2 数码摄像机
5.9 接触和触觉传感器
5.9.1 接触传感器
5.9.2 压阻式触觉传感器
5.9.3 电容式触觉传感器
本章小结
参考文献
习题
第6章 机器人的位置控制
6.1 工业机器人的关节空间位置控制
6.1.1 单关节位置控制
6.1.2 多关节位置控制
6.1.3 关节位置控制实例
6.2 工业机器人的笛卡儿空间位置控制
6.2.1 笛卡儿空间位置控制器
6.2.2 控制系统软件
6.2.3 笛卡儿位置控制实验结果
6.3 基于网络的机器人实时位置控制
6.3.1 多层次结构的实时控制系统框架
6.3.2 单机实时控制系统硬件构成
6.3.3 控制系统软件
6.3.4 实验结果
6.4 机器人的位置控制实例
6.4.1 掩模传输系统简介
6.4.2 掩模传输机器人的结构
6.4.3 掩模传输机器人的控制系统
6.4.4 传输与对准控制
6.4.5 实验与结果
6.5 移动机器人的位置控制
6.5.1 基于行为的移动机器人位置控制
6.5.2 基于行为的位置控制性能
……
第7章 机器人的力控制
先进控制篇
第8章 机器人传感器信息融合
第9章 机器人的视觉测量与控制
第10章 多机器人协调与控制
第11章 移动机器人定位与导航
第12章 机器人先进控制方法
第1章 绪论
1.1 机器人的基本概念与发展历程
1.2 机器人学的研究领域
1.3 机器人的特点与基本结构
1.4 机器人控制的基本方法
1.4.1 根据控制量分类
1.4.2 根据控制算法分类
1.5 本领域的重要学术期刊与会议简介
参考文献
习题
第2章 机器人运动学
2.1 位置与姿态的表示
2.1.1 位置描述
2.1.2 姿态描述
2.1.3 位姿描述
2.2 坐标变换
2.2.1 坐标变换
2.2.2 齐次坐标变换
2.3 通用旋转变换
2.3.1 通用旋转变换
2.3.2 通用旋转变换的转轴与转角求取
2.4 连杆变换矩阵
2.4.1 关节与连杆
2.4.2 连杆坐标系
2.4.3 连杆变换矩阵
2.5 机器人正向运动学
2.5.1 PUMA 560机器人的正向运动学
2.5.2 MOTOMAN Kl0机器人的正向运动学
2.5.3 移动机器人的运动学与推算定位法
2.6 机器人逆向运动学
2.6.1 解析法
2.6.2 投影法与解析法相结合
2.7 机器人的微分运动
2.7.1 微分变换
2.7.2 雅可比矩阵
2.7.3 雅可比矩阵的求取实例
本章小结
参考文献
习题
第3章 机器人的运动规划
3.1 工业机器人的运动
3.1.1 点到点运动
3.1.2 轨迹跟踪运动
3.2 工业机器人的关节空间运动规划
3.2.1 关节空间运动规划
3.2.2 3次多项式插值
3.2.3 过路径点的3次多项式插值
3.2.4 高阶多项式插值
3.2.5 用抛物线过渡的线性插值
3.2.6 过路径点的抛物线过渡线性插值
3.2.7 8样条插值
3.3 工业机器人的笛卡儿空间运动规划
3.3.1 位置规划
3.3.2 姿态规划
3.4 移动机器人路径规划
3.4.1 基于栅格的方法
3.4.2 基于行为的方法
本章小结
参考文献
习题
第4章 机器人动力学分析
4.1 拉格朗日一欧拉法
4.1.1 机器人的连杆速度
4.1.2 机器人的动能
4.1.3 机器人的势能
4.1.4 机器人的动力学方程
4.1.5 两自由度机器人的动力学方程实例
4.2 牛顿一欧拉法
4.2.1 转动坐标系和平移坐标系
4.2.2 杆件的运动学
4.2.3 机器人的递归动力学方程
4.2.4 两自由度机器人的动力学方程实例
本章小结
参考文献
习题
控制结构篇
第5章 机器人传感器
5.1 位置传感器
5.1.1 电阻式电位器
5.1.2 编码器
5.1.3 线性可变差接变压器
5.1.4 基于磁效应的位移传感器
5.1.5 微动开关
5.2 速度与加速度传感器
5.2.1 测速发电机
5.2.2 基于编码器的速度测量
5.2.3 基于多普勒效应的测速系统
5.2.4 加速度传感器
5.3 陀螺
5.3.1 机械陀螺
5.3.2 压电陀螺
5.3.3 光学陀螺
5.3.4 微机械电子陀螺
5.4 力和力矩传感器
5.4.1 通过电机电流检测力
5.4.2 力敏电阻
5.4.3 压电式力传感器
5.4.4 应变片
5.4.5 三维力和力矩传感器
5.5 接近传感器
5.6 地磁场传感器
5.6.1 机械式方向磁罗盘
5.6.2 磁通门式罗盘
5.6.3 霍尔效应式罗盘
5.6.4 磁阻式罗盘
5.7 距离传感器
5.7.1 渡越时间测量距离方法
5.7.2 三角测量方法
5.7.3 基于结构光的距离测量方法
5.8 视觉传感器
5.8.1 光导管摄像机
5.8.2 数码摄像机
5.9 接触和触觉传感器
5.9.1 接触传感器
5.9.2 压阻式触觉传感器
5.9.3 电容式触觉传感器
本章小结
参考文献
习题
第6章 机器人的位置控制
6.1 工业机器人的关节空间位置控制
6.1.1 单关节位置控制
6.1.2 多关节位置控制
6.1.3 关节位置控制实例
6.2 工业机器人的笛卡儿空间位置控制
6.2.1 笛卡儿空间位置控制器
6.2.2 控制系统软件
6.2.3 笛卡儿位置控制实验结果
6.3 基于网络的机器人实时位置控制
6.3.1 多层次结构的实时控制系统框架
6.3.2 单机实时控制系统硬件构成
6.3.3 控制系统软件
6.3.4 实验结果
6.4 机器人的位置控制实例
6.4.1 掩模传输系统简介
6.4.2 掩模传输机器人的结构
6.4.3 掩模传输机器人的控制系统
6.4.4 传输与对准控制
6.4.5 实验与结果
6.5 移动机器人的位置控制
6.5.1 基于行为的移动机器人位置控制
6.5.2 基于行为的位置控制性能
……
第7章 机器人的力控制
先进控制篇
第8章 机器人传感器信息融合
第9章 机器人的视觉测量与控制
第10章 多机器人协调与控制
第11章 移动机器人定位与导航
第12章 机器人先进控制方法
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