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1 绪论1

1.1 导论1

1.2 机械操作器的机构和控制2

1.2-1 导论2

1.2-2 位置和方位的描述3

1.2-3 操作器的前进运动学4

1.2-4 操作器的反运动学5

1.2-5 速度，静力，特异点6

1.2-6 动力学7

1.2-7 轨迹之产生8

1.2-8 位置控制9

1.2-9 力量控制10

1.2-10 程式化机器人11

1.3 记号12

2 空间描述及转换17

2.1 导论17

2.2 位置、方位和框的描述17

2.2-1 位置的描述18

2.2-2 方位的描述19

2.2-3 框之描述20

2.3 框至框描述改变的对应21

2.3-1 平移框的对应22

2.3-2 旋转框的对应23

2.3-3 一般框的对应26

2.4-1 平移运算元29

2.4 平移、旋转和转换等运算元29

2.4-2 旋转运算元30

2.4-3 转换运算元33

2.5 解释法摘要34

2.6 转换之算术式35

2.6-1 复合转换35

2.6-2 反转换式36

2.7 转换方程式38

2.8 方位表示法细论41

2.8-1 对固定轴的滚动、俯仰和偏移角43

2.8-2 Z-Y-X尤拉角45

2.8-3 Z-Y-Z尤拉角48

2.8-4 等效角一轴49

2.8-5 学习及预设的方位53

2.9 自由向量的转换式53

2.10 计算中所考虑之问题56

3 操作器运动学65

3.1 导论65

3.2 连杆描述法65

3.3 连杆联结之描述68

3.3-1 串链中的中间连杆68

3.3-2 串链中的首尾连杆69

3.3-3 连杆参数70

3.4 连杆附框的习用法70

3.4-1 串链中的中间连杆71

3.4-2 串链中的首尾连杆72

3.4-3 连杆参数摘要72

3.5 操作器运动学78

3.5-1 连杆转换式的导出78

3.5-2 连杆转换式的连锁80

3.6 致动器空间，关节空间，和直角空间80

3.7 两型工业机器人运动式之范例81

3.7-1 PUMA 560型82

3.7-2 Yasukawa Motoman L-3型88

3.8 具标准名称的框94

3.8-1 基座框｛B｝94

3.8-3 腕框｛W｝95

3.8-2 工作台框｛S｝95

3.8-4 工具框｛T｝96

3.8-5 目标框｛G｝96

3.9 工具在何处96

3.10 计算方面的考虑97

4 操作器的反运动式103

4.1 导论103

4.2 可解度103

4.2-1 解的存在与否104

4.2-2 多重解105

4.2-3 解法108

4.3 当n＜6时操作器次空间的概念109

4.4-1 代数解112

4.4 代数对几何法112

4.4-2 几何解115

4.5 三轴相交时皮波解117

4.6 操作器反运动式的例题120

4.6-1 PUMA 560型120

4.6-2 Yasukawa Motoman L-3型125

4.7 标准框130

4.8 解操作器132

4.9 重覆性和准确度132

4.10 计算方面的考虑133

5 有关速度和静力的贾氏阵139

5.1 导论139

5.2-1 位置向量的微分140

5.2 随时间改变之位置和方位的记号法140

5.2-2 角速度向量142

5.3 刚体的线速度和旋转速度143

5.3-1 线速度143

5.3-2 旋转速度144

5.3-3 同时产生的线性和旋转速度146

5.4 机器人的连杆运动时146

5.5 连杆至连杆的速度“传播”147

5.6 贾氏阵152

5.7 特异点155

5.8 操作器的静力158

5.9 力定义域中的贾氏阵161

5.10 速度和静力的直角转换163

6.1 导论169

6 操作器的动态运动169

6.2 刚体的加速度170

6.2-1 线性加速度170

6.2-2 角加速度171

6.3 质量分布172

6.4 牛顿公式，尤拉公式177

6.4-1 牛顿公式177

6.4-2 尤拉公式178

6.5 复性牛顿-尤拉动态公式178

6.5-1 向外重复计算速度及加速度179

6.5-3 由内重复计算力和力矩180

6.5-2 作用在连杆上的力学与力矩180

6.5-4 复性牛顿-尤拉动态计算法182

6.5-5 含托重力时之动态计算法182

6.6 重复性对於封闭形式183

6.7 一个封闭式动态公式的例子183

6.8 操作器动态公式的一般结构187

6.8-1 状态空间公式187

6.8-2 构造空间公式188

6.9 在直角空间的运动公式189

6.9-1 直角座标系中状态空间公式189

6.9-2 直角座标系的力矩公式191

6.10 非刚体之影响192

6.11 动态模拟193

6.12 计算方面的考虑194

6.12-1 传统考虑效率的方法194

6.12-2 封闭式与重复式的效率195

6.12-3 回顾196

7 轨迹产生201

7.1 导论201

7.2 路径描述及产生所考虑的事情202

7.3 关节空间方法203

7.3-1 三次多项氏203

7.3-2 具经过点路径的三次方程式207

7.3-3 高次多项式210

7.3-4 具抛物线的线性函数211

7.3-5 含经过点路径的抛物线混合的线性函数214

7.4 直角空间方法219

7.4-1 直角系直线运动220

7.4-2 直角系路径的几何问题222

7.5 执行期间路径的产生223

7.5-1 关节空间路径的产生223

7.5-2 直角系空间的路径的产生224

7.6 以机器人程式语言描述路径225

7.7 用动态模式来规划路径226

7.8 高阶层路径规划226

8 操作器的位置控制231

8.1 导论231

8.2-2 轨迹上位置控制232

8.2 单一自由度的控制232

8.2-1 简单位置规则232

8.2-3 加入积分项234

8.3 控制定律分析234

8.4 非线性和时变系统237

8.5 多重输入／输出控制系统241

8.6 操作器的控制问题242

8.7 实际的考虑问题244

8.7-1 变数资料的缺乏245

8.7-2 模式计算所需时间246

8.8 目前的工业机器人控制系统248

8.8-1 个别关节PID控制248

8.8-2 惯性分解250

8.9-1 与关节系方法的比较251

8.9 直角系控制系统251

8.9-2 直觉性的直角系控制方法253

8.9-3 直角系分解方式254

8.10 适合的控制256

9 操作器之力量控制261

9.1 导论261

9.2 工业机器人在装配作业上的应用262

9.3 力感测器262

9.4 部份限制工作的控制体系264

9.5 混合式位置／力量控制问题269

9.6 质量弹簧系的力量控制271

9.7-1 和｛C｝配合的直角系操作器275

9.7 混合式位置-力量控制系统275

9.7-2 一般操作器277

9.7-3 加入可变刚性因素278

9.8 现今工业型机器人控制方式280

9.8-1 被动顺应性280

9.8-2 调低位置增益而得之顺应性281

9.8-3 力感测282

10 机器人程式语言及系统287

10.1 导论287

10.2 三个阶段的机器人程式设计288

10.2-1 展示引导288

10.2-2 完整的机器人程式语言289

10.3 应用示范290

10.2-3 工作层次的程式设计语言290

10.4 一个机器人程式语言之所需292

10.4-1 运动特性293

10.4-2 执行流程294

10.4-3 程式设计环境295

10.4-4 感测器统合295

10.5 机器人程式设计的特殊问题296

10.5-1 模式与实际296

10.5-2 联接敏感度296

10.5-3 错误修正297

10.5-4 模拟与非线上程式设计298