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1 绪论1

1.1 机器人的发展与概念1

1.1.1 机器人及其技术的发展历史1

1.1.2 基本术语、定义与概念6

1.1.3 未来展望8

1.2 机器人的分类与组成9

1.2.1 基本分类9

1.2.2 结构组成及其功能11

1.2.3 执行机构的自由度布置形式13

1.3 机器人学的相关理论与技术16

1.3.1 基础理论17

1.3.2 技术与方法17

1.4 本书主要内容17

习题18

2 机器人学的基础理论19

2.1 刚体的位姿描述19

2.1.1 刚体旋转运动19

2.1.2 旋转矩阵20

2.1.3 坐标变换与齐次坐标27

2.1.4 刚体的位姿描述29

2.2 机器人运动学与静力学31

2.2.1 Denavit-Hartenberg描述方法与连杆坐标系建立31

2.2.2 操作臂运动学方程34

2.2.3 可解耦操作臂的逆运动学问题36

2.2.4 串联操作臂速度和加速度分析44

2.2.5 操作臂的奇异性48

2.2.6 串联操作臂的静力学分析50

2.2.7 操作性能指标50

2.3 机器人动力学52

2.3.1 操作臂的牛顿-欧拉方程52

2.3.2 操作臂的拉格朗日方程56

习题57

3 机器人控制理论与技术61

3.1 机器人控制问题61

3.1.1 前言61

3.1.2 控制系统组成结构63

3.1.3 控制性能要求64

3.2 机器人的轨迹控制65

3.2.1 问题描述66

3.2.2 单关节轨迹控制66

3.2.3 多关节的计算力矩控制70

3.2.4 多关节的PD控制72

3.2.5 工作空间控制72

3.3 机器人的力控制74

3.3.1 问题描述74

3.3.2 阻抗控制76

3.3.3 混合控制77

3.4 机器人的高级智能动态控制78

3.4.1 问题描述78

3.4.2 自适应控制79

3.4.3 学习控制83

3.5 机器人的生物控制86

3.5.1 行为主义控制理论86

3.5.2 中枢模式发生器87

3.5.3 仿生遗传算法控制89

3.6 多机器人控制91

3.6.1 多机器人体系结构91

3.6.2 多机器人的通信92

3.6.3 多机器人的学习93

3.6.4 多机器人的协调93

3.7 机器人控制系统94

3.7.1 工业机器人控制系统94

3.7.2 仿人机器人控制系统96

3.7.3 特种机器人控制系统102

习题104

4 机器人感知与智能106

4.1 基本概念与相关理论106

4.1.1 机器人信息检测与分析方法106

4.1.2 机器人感知系统108

4.1.3 多传感器系统与信息融合111

4.1.4 机器人与人工智能111

4.2 机器人感觉与传感器112

4.2.1 力觉与传感器112

4.2.2 触觉与传感器116

4.2.3 接近觉与传感器120

4.2.4 听觉与传感器122

4.2.5 视觉与传感器123

4.2.6 嗅觉与传感器127

4.3 机器人信息识别、表达与融合127

4.3.1 触觉信息识别127

4.3.2 视觉信息识别129

4.3.3 语音合成与识别133

4.3.4 多传感器信息融合理论与算法135

4.4 机器人智能136

4.4.1 环境模型的描述137

4.4.2 基于传感信息的规划问题137

4.4.3 学习与推理138

4.4.4 人机交互139

4.5 感知与智能应用系统实例139

4.5.1 多传感器智能手爪与作业139

4.5.2 机器人情感表达系统143

4.5.3 仿人机器人智能行走系统146

习题158

5 机器人设计技术159

5.1 设计方法与设计原则159

5.1.1 一般设计技术方法159

5.1.2 仿生设计技术方法165

5.2 一般工业机器人系统设计167

5.2.1 设计参数与指标167

5.2.2 系统总体功能和结构方案设计169

5.2.3 分系统详细设计及实现169

5.2.4 系统内外部接口设计172

5.3 特种机器人系统设计172

5.3.1 通风管道清扫机器人设计173

5.3.2 仿人机器人设计180

5.3.3 油罐检测爬壁机器人设计185

5.3.4 ZXPJ01型消防机器人设计196

习题201

6 机器人及其技术应用202

6.1 机器人的应用概况202

6.1.1 全球机器人应用概况202

6.1.2 我国机器人应用概况203

6.2 工业机器人的应用205

6.2.1 机器人制造系统205

6.2.2 工业机器人系统应用实例207

6.3 特种机器人的应用218

6.3.1 特种机器人系统218

6.3.2 特种机器人系统应用实例218

习题225

参考文献226