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机器人机构学

出版社:机械工业出版社出版时间:2021-08-01
开本: 16开 页数: 490
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机器人机构学 版权信息

机器人机构学 内容简介

本书以经典串、并、混联机器人为主要对象,以“设计”为主线,沿袭传统机构学研究的三个主题——结构学、运动学、动力学,展开相关“型”“性”“度”分析及设计方面的系统讨论。 全书共14章。第1章为绪论。第2章介绍与本书内容密切相关的数学知识,包括回顾线性代数的主要知识点,以及阐述线几何与旋量理论基础等新内容,为后续各章提供数学基础。第3章介绍位形空间与刚体运动,为后续各章提供物理基础。第4章介绍常用机器人机构,为后续各章提供研究对象。第5、6章主要讲述机器人机构的自由度与运动模式分析以及构型综合,属于机器人结构学的研究范畴。第7~10章的内容属于机器人运动学的研究范畴。第7章是机器人运动学基础,主要介绍常用串、并联机器人位移的正、反解求解方法。第8、9章分别从速度雅可比和运动/力交互特性两个角度对机器人的运动性能进行评价。第10章简单介绍了一些有关机器人运动学尺度综合及优化设计的内容。第11、12章分别简单介绍了机器人静力学(含静刚度)和动力学的基础知识。第13章主要涉及柔性机器人机构学的基本内容,是对刚体机器人机构学研究内容的补充。第14章给出了两个综合设计实例,反映对前述理论方法的应用。 本书可作为机器人相关专业的本科高年级学生及研究生的教材,也可作为相关科研人员与工程技术人员的参考用书。

机器人机构学 目录

前言 符号表 第1章 绪论…………………………………… 1 1-1 机器人的起源与发展 …………………… 1 1-2 机器人机构学的诞生 …………………… 3 1-3 机器人机构学的主要研究内容 ………… 5 1-4 章节安排与内容导读 …………………… 6 习题……………………………………………… 8 第2章 数学基础 …………………………… 9 2-1 坐标系与三维向量的运算 ……………… 9 2-1-1 坐标系与点的坐标表示 …………… 9 2-1-2 三维向量及其运算………………… 10 2-2 矩阵与线性空间………………………… 12 2-2-1 矩阵及其运算……………………… 12 2-2-2 线性空间与线性变换……………… 14 2-2-3 雅可比的概念……………………… 14 2-3 线几何…………………………………… 15 2-3-1 欧几里得几何、射影几何与齐次坐标………15 2-3-2 线矢量……………………………… 16 2-3-3 格拉斯曼线几何…………………… 18 2-4 旋量与旋量系…………………………… 19 2-4-1 旋量、线矢量与偶量……………… 19 2-4-2 旋量的基本运算…………………… 20 2-4-3 旋量系……………………………… 21 扩展阅读文献 ………………………………… 23 习题 …………………………………………… 24 第3章 位形空间与刚体运动 …………… 25 3-1 位形空间………………………………… 25 3-2 刚体位姿的描述………………………… 28 3-3 刚体运动与刚体变换…………………… 32 3-3-1 坐标 (系)映射…………………… 32 3-3-2 典型的刚体运动与刚体变换……… 36 3-3-3 复合变换…………………………… 42 3-3-4 自由矢量的变换…………………… 45 3-4 刚体姿态的其他描述方法……………… 46 3-41 欧拉角 (Eulerangle) ……………46 3-4-2 RPY角 …………………………… 50 3-4-3 等效轴角 ………………………… 52 3-4-4 单位四元数………………………… 56 3-4-5 不同姿态描述之间的对比及映射关系总结………60 3-5 运动旋量与刚体运动…………………… 61 3-5-1 基于等效轴角表示的齐次变换推导…………………… 61 3-5-2 螺旋运动与螺旋变换……………… 66 3-6 刚体速度………………………………… 70 3-6-1 线速度、角速度的描述及物理意义……………………… 70 3-6-2 刚体速度的描述与速度旋量……… 72 3-7 力旋量…………………………………… 75 3-7-1 力旋量的定义……………………… 75 3-7-2 约束力旋量………………………… 77 3-8 本章小结………………………………… 79 扩展阅读文献 ………………………………… 80 习题 …………………………………………… 80 第4章 常用机器人机构 ………………… 84 4-1 机器人机构的基本组成………………… 84 4-1-1 机构的基本组成元素:构件与运动副……… 84 4-1-2 运动链、机构与机器人…………… 87 4-1-3 机器人机构的表示………………… 88 42 机器人机构的分类……………………… 90 43 串联机器人机构………………………… 91 431 手臂机构…………………………… 92 432 手腕机构…………………………… 94 433 机器人手爪………………………… 97 44 并/混联机器人机构 …………………… 99 45 移动机器人机构 ……………………… 104 Ⅵ 机器人机构学 451 轮式移动机器人机构 …………… 105 452 足式移动机器人机构 …………… 107 46 驱动、传动机构 ……………………… 110 461 常用的驱动器 …………………… 110 462 传动机构与机器人用减速器 …… 111 47 与机器人机构相关的性能描述 ……… 114 48 本章小结 ……………………………… 117 扩展阅读文献………………………………… 117 习题…………………………………………… 118 第5章 自由度与运动模式分析 ……… 123 51 与自由度相关的基本概念 …………… 123 52 自由度计算公式 ……………………… 126 53 自由度与过约束分析 ………………… 130 531 旋量理论的线图描述方法 ……… 130 532 自由度与约束分析 ……………… 136 54 机器人的运动模式 …………………… 144 541 机器人位形空间的位移流形 描述 ……………………………… 144 542 运动模式分析 …………………… 147 543 输入选取与多运动模式机构 …… 154 55 奇
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机器人机构学 作者简介

于靖军,教授、博士生导师,中国机械工程学会高级会员。1995年和1998年在燕山大学分别获得机械工程学士和硕士学位,2002年在北京航空航天大学获得机械工程博士学位。从2004年开始一直在北京航空航天大学机器人研究所任教。主要研究方向是机器人机构学、柔性机构与智能结构,以及与运动几何学相关的领域。著有《机械装置的图谱化创新设计》《柔性设计:柔性机构的分析与综合》,主编《机械原理》《机器人机构学的数学基础》等教材。

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