定 價:98 元
叢書名:“十三五”國家重點出版物出版規(guī)劃項目 現代機械工程系列精品教材
- 作者:劉辛軍 于靖軍 [英]孔憲文
- 出版時間:2021/8/1
- ISBN:9787111679912
- 出 版 社:機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TP24
- 頁碼:490
- 紙張:
- 版次:
- 開本:16開
本書以經典串、并、混聯機器人為主要對象,以“設計”為主線,沿襲傳統(tǒng)機構學研究的三個主題——結構學、運動學、動力學,展開相關“型”“性”“度”分析及設計方面的系統(tǒng)討論。
全書共14章。第1章為緒論。第2章介紹與本書內容密切相關的數學知識,包括回顧線性代數的主要知識點,以及闡述線幾何與旋量理論基礎等新內容,為后續(xù)各章提供數學基礎。第3章介紹位形空間與剛體運動,為后續(xù)各章提供物理基礎。第4章介紹常用機器人機構,為后續(xù)各章提供研究對象。第5、6章主要講述機器人機構的自由度與運動模式分析以及構型綜合,屬于機器人結構學的研究范疇。第7~10章的內容屬于機器人運動學的研究范疇。第7章是機器人運動學基礎,主要介紹常用串、并聯機器人位移的正、反解求解方法。第8、9章分別從速度雅可比和運動/力交互特性兩個角度對機器人的運動性能進行評價。第10章簡單介紹了一些有關機器人運動學尺度綜合及優(yōu)化設計的內容。第11、12章分別簡單介紹了機器人靜力學(含靜剛度)和動力學的基礎知識。第13章主要涉及柔性機器人機構學的基本內容,是對剛體機器人機構學研究內容的補充。第14章給出了兩個綜合設計實例,反映對前述理論方法的應用。
本書可作為機器人相關專業(yè)的本科高年級學生及研究生的教材,也可作為相關科研人員與工程技術人員的參考用書。
前言
符號表
第1章 緒論…………………………………… 1
1-1 機器人的起源與發(fā)展 …………………… 1
1-2 機器人機構學的誕生 …………………… 3
1-3 機器人機構學的主要研究內容 ………… 5
1-4 章節(jié)安排與內容導讀 …………………… 6
習題……………………………………………… 8
第2章 數學基礎 …………………………… 9
2-1 坐標系與三維向量的運算 ……………… 9
2-1-1 坐標系與點的坐標表示 …………… 9
2-1-2 三維向量及其運算………………… 10
2-2 矩陣與線性空間………………………… 12
2-2-1 矩陣及其運算……………………… 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………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 旋量的基本運算…………………… 20
2-4-3 旋量系……………………………… 21
擴展閱讀文獻 ………………………………… 23
習題 …………………………………………… 24
第3章 位形空間與剛體運動 …………… 25
3-1 位形空間………………………………… 25
3-2 剛體位姿的描述………………………… 28
3-3 剛體運動與剛體變換…………………… 32
3-3-1 坐標 (系)映射…………………… 32
3-3-2 典型的剛體運動與剛體變換……… 36
3-3-3 復合變換…………………………… 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
3-41 歐拉角 (Eulerangle) ……………46
3-4-2。要玻歇玻俳 …………………………… 50
3-4-3 等效軸角 ………………………… 52
3-4-4 單位四元數………………………… 56
3-4-5 不同姿態(tài)描述之間的對比及映射關系總結………60
3-5 運動旋量與剛體運動…………………… 61
3-5-1 基于等效軸角表示的齊次變換推導…………………… 61
3-5-2 螺旋運動與螺旋變換……………… 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………………………………… 79
擴展閱讀文獻 ………………………………… 80
習題 …………………………………………… 80
第4章 常用機器人機構 ………………… 84
4-1 機器人機構的基本組成………………… 84
4-1-1 機構的基本組成元素:構件與運動副……… 84
4-1-2 運動鏈、機構與機器人…………… 87
4-1-3 機器人機構的表示………………… 88
42 機器人機構的分類……………………… 90
。椽保场〈摍C器人機構………………………… 91
。椽保唱保薄∈直蹤C構…………………………… 92
。椽保唱保病∈滞髾C構…………………………… 94
433 機器人手爪………………………… 97
。椽保础〔ⅲ炻摍C器人機構 …………………… 99
。椽保怠∫苿訖C器人機構 ……………………… 104
Ⅵ 機器人機構學
。椽保氮保薄≥喪揭苿訖C器人機構 …………… 105
。椽保氮保病∽闶揭苿訖C器人機構 …………… 107
。椽保丁◎寗印鲃訖C構 ……………………… 110
。椽保丢保薄〕S玫尿寗悠 …………………… 110
。椽保丢保病鲃訖C構與機器人用減速器 …… 111
。椽保贰∨c機器人機構相關的性能描述 ……… 114
。椽保浮”菊滦〗Y ……………………………… 117
擴展閱讀文獻………………………………… 117
習題…………………………………………… 118
第5章 自由度與運動模式分析 ……… 123
。氮保薄∨c自由度相關的基本概念 …………… 123
。氮保病∽杂啥扔嬎愎 ……………………… 126
53 自由度與過約束分析 ………………… 130
。氮保唱保薄⌒坷碚摰木圖描述方法 ……… 130
532 自由度與約束分析 ……………… 136
。氮保础C器人的運動模式 …………………… 144
541 機器人位形空間的位移流形
描述 ……………………………… 144
。氮保椽保病∵\動模式分析 …………………… 147
543 輸入選取與多運動模式機構 …… 154
。氮保怠∑娈愇恍 ……………………………… 156
。氮保丁”菊滦〗Y ……………………………… 158
擴展閱讀文獻………………………………… 159
習題…………………………………………… 159
第6章 構型綜合 ………………………… 165
。丢保薄嬓途C合方法概述 …………………… 165
。丢保豹保薄∶杜e法 …………………………… 165
。丢保豹保病⊙莼 …………………………… 166
。丢保豹保场〗M合法 …………………………… 171
。丢保豹保础∵\動綜合法 ……………………… 172
。丢保豹保怠〖s束綜合法 ……………………… 172
。丢保豹保丁∑渌椒 ………………………… 173
。丢保病』趫D譜法的構型綜合 ……………… 175
621 總體思路和一般步驟 …………… 175
。丢保勃保病嬓途C合實例 …………………… 180
。丢保场』谛坷碚摰募s束綜合法 ………… 187
。丢保唱保薄∫话悴襟E ………………………… 187
。丢保唱保病嬓途C合舉例 …………………… 188
。丢保础”菊滦〗Y ……………………………… 195
擴展閱讀文獻………………………………… 196
習題…………………………………………… 196
第7章 機器人運動學基礎……………… 198
71 運動學分析的主要任務及意義 ……… 198
。藩保病∥灰品治龅幕驹砼c方法 ………… 199
。藩保勃保薄』驹恚洪]環(huán)方程 …………… 199
722 基本方法:解析法與數值法 …… 201
。藩保场。莫玻葏捣ㄅc串聯機器人的正運動
學求解 ………………………………… 203
731。莫玻葏捣ǖ挠蓙 ……………… 203
。藩保唱保病∏爸米鴺讼迪碌 DH參數法 …… 204
733 前置坐標系下的 DH矩陣 ……… 207
。藩保唱保础』诟倪MDH參數法的串聯機
器人位移分析 …………………… 209
。藩保唱保怠藴剩莫玻葏捣ㄅc串聯機器人
的正向運動學求解 ……………… 212
。藩保础〈摍C器人的位移反解 ……………… 217
。藩保怠〈摍C器人位移求解的指數積公式 … 223
。藩保氮保薄∥灰普獾闹笖捣e公式 ………… 223
752 位移反解的指數積公式 ………… 229
。藩保丁〈摍C器人的工作空間 ……………… 235
77 并聯機器人的位移分析 ……………… 236
。藩保藩保薄∏蠼夥椒ǜ攀 …………………… 236
。藩保藩保病〉湫蛯嵗治 …………………… 237
78 本章小結 ……………………………… 250
擴展閱讀文獻………………………………… 251
習題…………………………………………… 252
第8章 基于速度雅可比的性能評價 … 256
。釜保薄∷俣妊趴杀鹊亩x …………………… 256
82 串聯機器人速度雅可比的計算方法 … 258
。釜保勃保薄∥⒎肿儞Q法 ……………………… 258
822 基于 PoE公式的求解方法 ……… 261
。釜保勃保场÷菪\動方程法 ………………… 265
。釜保勃保础⒖甲鴺讼档倪x擇 ……………… 266
。釜保场〔⒙摍C器人速度雅可比的計算
方法 …………………………………… 267
。釜保唱保薄∥灰品匠讨苯忧髮Х …………… 267
。釜保唱保病⌒糠 …………………………… 268
。釜保础』谒俣妊趴杀鹊臋C器人奇異性
分析 …………………………………… 270
。釜保椽保薄〈摍C器人的奇異性分析 ……… 270
目 錄Ⅶ
。釜保椽保病〔⒙摍C器人的奇異性分析 ……… 273
85 基于速度雅可比的機器人靈巧度
分析 …………………………………… 276
。釜保氮保薄l件數 …………………………… 276
。釜保氮保病】刹僮鞫扰c可操作度橢球 ……… 277
。釜保丁”菊滦〗Y ……………………………… 279
擴展閱讀文獻………………………………… 279
習題…………………………………………… 280
第9章 基于運動/力交互特性的性能
評價………………………………… 283
91 運動/力傳遞特性……………………… 283
。躬保豹保薄鬟f與約束力旋量的計算 ……… 284
912 輸入與輸出運動旋量的計算 …… 286
。躬保豹保场∵\動與力的傳遞關系 …………… 289
。躬保豹保础∵\動與力旋量空間 ……………… 290
。躬保病∵\動/力傳遞和約束性能評價指標…… 293
。躬保勃保薄∵\動/力傳遞性能評價指標……… 293
。躬保勃保病∵\動/力約束性能評價指標……… 300
。躬保勃保场【C合分析實例 …………………… 304
。躬保场』谶\動/力傳遞性能的機構奇異性
分析 …………………………………… 308
931 奇異機理及分類 ………………… 308
。躬保唱保病』谶\動/力傳遞性能的奇異性
分析 ……………………………… 308
。躬保础”菊滦〗Y ……………………………… 314
擴展閱讀文獻………………………………… 315
習題…………………………………………… 315
第10章 運動學優(yōu)化設計 ……………… 317
101 兩種常用的運動學優(yōu)化設計方法…… 317
。保蔼保豹保薄』谀繕撕瘮档倪\動學優(yōu)化設
計方法 …………………………… 317
1012 基于性能圖譜的運動學優(yōu)化設
計方法 …………………………… 320
。保蔼保病C器人機構的尺度綜合……………… 324
。保蔼保勃保薄≡O計指標 ………………………… 324
。保蔼保勃保病∫话懔鞒 ………………………… 326
。保蔼保勃保场≡O計實例 ………………………… 327
103 本章小結……………………………… 332
擴展閱讀文獻………………………………… 333
習題…………………………………………… 333
第11章 機器人靜力學與靜剛度
分析 ……………………………… 335
。保豹保薄C器人靜力學與靜剛度分析的主要
任務與意義…………………………… 335
112 靜力平衡方程………………………… 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×E球 …………………………… 343
。保豹保唱保场§o力雅可比與速度雅可比之間
的對偶性 ………………………… 345
114 柔度與變形…………………………… 346
。保豹保椽保薄偠扰c柔度 ……………………… 346
。保豹保椽保病』谛坷碚摰目臻g柔度矩陣
建模 ……………………………… 347
。保豹保椽保场∪岫染仃嚨淖鴺俗儞Q …………… 348
115 剛性機器人的靜剛度分析…………… 350
。保豹保氮保薄〈摍C器人的靜剛度映射 ……… 350
。保豹保氮保病〔⒙摍C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器人的靜剛度分析…………… 353
117 本章小結……………………………… 357
擴展閱讀文獻………………………………… 357
習題…………………………………………… 358
第12章 機器人動力學基礎 …………… 361
。保勃保薄⊙芯繖C器人動力學的目的與意義…… 361
。保勃保病傮w的慣性…………………………… 361
。保勃保场』诶窭嗜辗匠痰臋C器人動力學
建模…………………………………… 366
。保勃保唱保薄∫话阗|點系的拉格朗日
方程 ……………………………… 366
。保勃保唱保病〈摍C器人的拉格朗日方程 …… 367
1233 基于PoE公式的機器人動力
學方程 …………………………… 375
。保勃保础』谂nD歐拉方程的動力學建模 … 380
。保勃保椽保薄∫话銊傮w的牛頓歐拉方程 …… 380
1242 前置坐標系下串聯機器人的牛
頓歐拉方程 …………………… 382
。保勃保椽保场『笾米鴺讼迪麓摍C器人的牛
頓歐拉方程 …………………… 391
。保勃保怠”菊滦〗Y……………………………… 394
Ⅷ 機器人機構學
擴展閱讀文獻………………………………… 395
習題…………………………………………… 395
第13章 柔性機器人機構學基礎 ……… 397
。保唱保薄∪嵝詸C器人機構及其應用…………… 397
。保唱保豹保薄∮糜诰芄こ填I域的柔性工
作臺 ……………………………… 398
。保唱保豹保病∪嵝苑律鷻C器人 ………………… 399
。保唱保病∽杂啥确治觥 403
。保唱保勃保薄∪岫认蜃杂啥鹊牡刃в成 ……… 403
。保唱保勃保病』谔卣魅岫染仃嚨淖杂啥
分析 ……………………………… 405
1323 基于圖譜法的自由度分析 ……… 408
。保唱保场D譜化構型綜合……………………… 411
。保唱保础∵\動學分析…………………………… 419
。保唱保椽保薄』救嵝詥卧膫蝿傮w模型 …… 419
1342 基于偽剛體模型法的柔性機器人機構
運動學分析 ……………………… 422
。保唱保怠恿W分析…………………………… 427
1351 常用動力學建模方法概述 ……… 428
。保唱保氮保病』诩袇捣ǖ膭恿W
建模 ……………………………… 429
。保唱保氮保场《噍S精密柔性機器人機構的動力
學建模 …………………………… 433
136 連續(xù)體機器人運動學………………… 435
。保唱保丢保薄「攀 ……………………………… 435
。保唱保丢保病∵\動學正解 ……………………… 437
1363 運動學反解 ……………………… 444
1364 算例驗證 ………………………… 449
。保唱保丢保怠」ぷ骺臻g ………………………… 452
。保唱保贰”菊滦〗Y……………………………… 454
擴展閱讀文獻………………………………… 454
習題…………………………………………… 455
第14章 綜合設計實例 ………………… 458
。保椽保薄∫话阍O計流程………………………… 458
。保椽保病嵗唬嚎蓪崿FSCARA運動的并聯
機器人設計…………………………… 460
1421 應用背景 ………………………… 460
。保椽保勃保病嬓驮O計 ………………………… 460
。保椽保勃保场∥灰品唇 ………………………… 463
。保椽保勃保础⌒阅茉u價 ………………………… 465
。保椽保勃保怠』谛阅軋D譜的尺度綜合 ……… 467
1426 樣機開發(fā)與性能測試 …………… 469
。保椽保场嵗捍笮谐蹋兀偃嵝约{米定位
平臺的設計…………………………… 469
。保椽保唱保薄帽尘凹靶阅苤笜 …………… 469
。保椽保唱保病嬓驮O計 ………………………… 470
。保椽保唱保场翟O計 ………………………… 474
。保椽保唱保础訖C設計 ………………………… 485
。保椽保础”菊滦〗Y……………………………… 487
擴展閱讀文獻………………………………… 487
習題…………………………………………… 488
參考文獻 ……………………………………… 490