机器人机构学基础 / 新工科·普通高等教育机电类系列教材
￥68.00定价
作者： 于靖军，刘辛军
出版时间：2022-06
出版社：机械工业出版社
- 机械工业出版社
- 9787111618881
- 1-2
- 431542
- 46248530-1
- 平装
- 16开
- 2022-06
- 527
- 340
- 工学
- 控制科学与工程
- 机器人工程
- 本科
内容简介
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——结构学、运动学、动力学，展开有关“型”“性”“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性能评价指标。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，其中也涉及少许刚性、柔性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(www.cmpedu.com)下载。
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性能评价指标。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，其中也涉及少许刚性、柔性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(www.cmpedu.com)下载。
目录
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矩阵与线性空间
2.2.1矩阵及其运算
2.2.2线性空间与线性变换
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
2.3.3Grassmann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
本章小结
扩展阅读文献
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
3.3.2R-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系总结
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
本章小结
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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性能描述
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
5.3D-H参数与串联机器人的正运动学求解
5.3.1D-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性能评价
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基于速度雅可比的性能分析与评价
6.5.1奇异性分析
6.5.2灵巧性分析
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并联机器人的奇异性
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性
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刚性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*柔性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刚体的惯性
9.3基于拉格朗日方程的机器人动力学建模
9.3.1一般质点系的拉格朗日方程
9.3.2串联机器人的拉格朗日方程
9.3.3*基于指数积公式的机器人动力学方程
9.4基于牛顿-欧拉方程的动力学建模
9.4.1一般刚体运动的牛顿-欧拉方程
9.4.2前置坐标系下串联机器人的牛顿-欧拉公式
9.4.3后置坐标系下串联机器人的牛顿-欧拉公式
本章小结
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习题
第10章机器人机构的设计
10.1一般设计流程
10.2构型设计
10.2.1枚举法
10.2.2演化法
10.2.3组合法
10.2.4其他方法
10.3参数设计及优化
10.3.1基于目标函数的优化设计方法
10.3.2基于性能图谱的优化设计方法
10.4设计实例：大行程XY柔性纳米定位平台的设计
10.4.1平台的应用背景及性能指标
10.4.2平台的构型设计
10.4.3平台的参数设计及优化
10.4.4样机开发与性能测试
本章小结
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习题
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矩阵与线性空间
2.2.1矩阵及其运算
2.2.2线性空间与线性变换
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
2.3.3Grassmann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
本章小结
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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
3.3.2R-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系总结
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
本章小结
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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性能描述
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
5.3D-H参数与串联机器人的正运动学求解
5.3.1D-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性能评价
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基于速度雅可比的性能分析与评价
6.5.1奇异性分析
6.5.2灵巧性分析
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并联机器人的奇异性
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性
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刚性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*柔性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刚体的惯性
9.3基于拉格朗日方程的机器人动力学建模
9.3.1一般质点系的拉格朗日方程
9.3.2串联机器人的拉格朗日方程
9.3.3*基于指数积公式的机器人动力学方程
9.4基于牛顿-欧拉方程的动力学建模
9.4.1一般刚体运动的牛顿-欧拉方程
9.4.2前置坐标系下串联机器人的牛顿-欧拉公式
9.4.3后置坐标系下串联机器人的牛顿-欧拉公式
本章小结
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习题
第10章机器人机构的设计
10.1一般设计流程
10.2构型设计
10.2.1枚举法
10.2.2演化法
10.2.3组合法
10.2.4其他方法
10.3参数设计及优化
10.3.1基于目标函数的优化设计方法
10.3.2基于性能图谱的优化设计方法
10.4设计实例：大行程XY柔性纳米定位平台的设计
10.4.1平台的应用背景及性能指标
10.4.2平台的构型设计
10.4.3平台的参数设计及优化
10.4.4样机开发与性能测试
本章小结
扩展阅读文献
习题
