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机器人机构学基础

机器人机构学基础
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作者:
出版社: 机械工业出版社
2022-06
版次: 1
ISBN: 9787111618881
定价: 68.00
装帧: 其他
开本: 16开
纸张: 胶版纸
页数: 340页
字数: 527千字
分类: 教材教辅考试>教材>大学教材>工程技术
20人买过
  • 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。 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

    扩展阅读文献

    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

    扩展阅读文献

    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

    扩展阅读文献

    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

    扩展阅读文献

    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

    扩展阅读文献

    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

    扩展阅读文献

    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

    扩展阅读文献

    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
  • 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。
  • 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

    扩展阅读文献

    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

    扩展阅读文献

    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

    扩展阅读文献

    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

    扩展阅读文献

    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

    扩展阅读文献

    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

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