定 价:29.8 元
丛书名:普通高等教育人工智能与机器人工程专业系列教材
- 作者:张奔
- 出版时间:2023/7/1
- ISBN:9787111727705
- 出 版 社:机械工业出版社
- 中图法分类:TP24
- 页码:
- 纸张:胶版纸
- 版次:
- 开本:16开
本书共7章。第1章介绍了机器人和机构学的概念和研究范围、机器人的数学模型等。第2章介绍了工业机器人的分类及常见结构。第3章介绍了三维空间刚体运动、反对称矩阵、李群与李代数和旋量等与机器人机构学相关的数学概念。第4章讨论了工业机器人正、逆运动学分析的方法。第5章讨论了工业机器人的速度关系。第6章阐述了牛顿欧拉迭代法和拉格朗日法建立机器人动力学方程的两种常见方法。第7章介绍了移动机器人常见的分类方法、运动学模型及约束建立的方法。
本书可作为普通高校机器人工程、自动化、智能制造等专业的教材,也可作为从事机器人机构学研究与设计的工程技术人员和科研人员的参考书。
本书配有电子课件,欢迎选用本书作教材的教师登录www.cmpedu.com注册后下载,或发邮件至jinacmp@163.com索取。
机器人技术是一门多学科跨领域的学科,其涉及计算机、机械、自动控制、人工智能等相关领域,是当下研究的热点领域之一。近年来,随着国内外技术的发展,机器人已广泛应用于国民经济的诸多领域和行业,大量机器人进入了工业生产和日常生活环境。因此,为了满足社会发展的需求,越来越多的高校开设了与机器人相关的课程和专业,培养专门的机器人相关人才。
机器人机构学是机器人工程专业的核心课程,它对包括系统结构、运动和动力学等相关机构学内容进行研究,是整个机器人专业学习的基础和重点。本书围绕与机器人相关的机构学知识进行介绍,第1章介绍了机器人和机构学的概念和研究范围,然后介绍了机器人的数学模型,最后给出了机器人机构的研究内容与分类。第2章围绕工业机器人的机构设计进行阐述,首先介绍了机器人系统的组成,工业机器人的分类及各种类型的工业机器人的特点,然后介绍了工业机器人中常用的专用减速器,最后围绕工业机器人的机身、臂部和腕部设计分别进行了阐述。第3章介绍了机器人机构学中用到的数学基础知识,分别介绍了三维空间刚体运动、反对称矩阵、李群与李代数和旋量等数学概念。第4章介绍了工业机器人运动学分析的方法,首先讨论了连杆坐标系的建立、连杆DH参数、变换方程和运动学方程,然后在此基础上给出了工业机器人正运动学分析的方法,最后围绕工业机器人逆运动学分析这一问题展开了讨论。第5章在讨论了角速度相关概念的基础上,利用两种不同的方法引出了速度雅可比矩阵,然后介绍了奇异性问题,接着讨论了力雅可比矩阵,最后给出了逆速度和加速度、可操作性的速度运动学相关概念。第6章在对刚体动力学基础进行介绍以后,利用牛顿欧拉迭代法建立了机器人的动力学方程,而后又利用拉格朗日法建立了机器人的动力学方程。第7章针对移动机器人机构学进行研究,首先给出了移动机器人的分类方法,然后讨论了移动机器人运动学模型及约束建立的方法,在此基础上对移动机器人的机动性进行了研究,最后针对飞行机器人这一特殊移动机器人进行了研究。
本书定位为机器人工程专业的本科基础课教材或机械类、自动化类等相关专业研究生教材,也可作为科研人员的参考书。
本书在编写过程中,参考了有关机器人方面的论著、教材以及其他资料,再次一并对相关作者致以衷心的感谢。
由于作者水平有限,书中难免有疏漏之处,敬请读者批评指正。
作者前言
第1章绪论1
1.1机器人概述1
1.1.1机器人定义及发展1
1.1.2机器人分类6
1.2机器人的数学模型8
1.2.1机器人的符号表示8
1.2.2位形空间8
1.2.3状态空间9
1.2.4工作空间9
1.3机器人机构学概述9
1.4机构学基本概念10
1.5机器人机构的研究内容与分类13
习题114
第2章机器人机构设计15
2.1机器人系统组成15
2.2机器人的总体机构设计15
2.2.1关节型工业机器人16
2.2.2球坐标型工业机器人16
2.2.3SCARA型工业机器人17
2.2.4圆柱型工业机器人17
2.2.5笛卡儿型工业机器人17
2.2.6并联工业机器人18
2.3工业机器人减速器19
2.4工业机器人机身机构设计21
2.5工业机器人臂部机构设计22
2.6工业机器人腕部机构设计23
习题225
第3章机器人机构学的数学基础26
3.1三维空间刚体运动26
3.1.1刚体的位姿描述26
3.1.2坐标变换28
3.1.3齐次坐标和齐次变换29
3.1.4旋转向量30
3.1.5欧拉角30
3.1.6四元数31
3.2反对称矩阵31
3.2.1反对称矩阵定义31
3.2.2反对称矩阵性质32
3.2.3旋转矩阵的导数32
3.3李群与李代数33
3.3.1李群的定义33
3.3.2李代数的定义33
3.3.3指数与对数映射34
3.3.4刚体运动的指数坐标35
3.3.5刚体速度的运动旋量表达38
3.4旋量42
3.4.1速度瞬心42
3.4.2旋量及其含义42
3.4.3力旋量46
习题347
第4章工业机器人运动学分析49
4.1工业机器人正运动学分析49
4.1.1连杆坐标系的建立49
4.1.2连杆DH参数50
4.1.3变换方程54
4.1.4运动学方程55
4.2工业机器人逆运动学分析60
4.2.1逆运动学问题的一般表达60
4.2.2逆运动学解耦61
4.2.3逆向位置63
4.2.4逆向姿态66
习题466
第5章速度运动学68
5.1角速度68
5.1.1绕固定转轴的角速度68
5.1.2角速度的一般情况69
5.1.3角速度求和70
5.2移动坐标系上的线速度71
5.3速度雅可比矩阵(矢量积)71
5.3.1角速度72
5.3.2线速度73
5.3.3线速度和角速度雅可比矩阵
叠加74
5.3.4分析雅可比矩阵77
5.4速度雅可比矩阵(位姿方程求导)78
5.5奇异性79
5.5.1奇点解耦80
5.5.2手腕奇点81
5.5.3手臂奇点81
5.6力雅可比矩阵83
5.7逆速度和加速度84
5.8可操作性85
习题587
第6章工业机器人动力学分析89
6.1刚体动力学基础89
6.1.1质量分布89
6.1.2刚体的动能和位能90
6.2牛顿欧拉迭代动力学方程91
6.2.1牛顿方程和欧拉方程91
6.2.2牛顿欧拉方程建立动力学模型91
6.3拉格朗日方程97
习题699
第7章移动机器人机构学分析100
7.1移动机器人分类100
7.1.1运动100
7.1.2腿式移动机器人101
7.1.3轮式移动机器人103
7.1.4飞行移动机器人107
7.2移动机器人运动学模型及约束108
7.2.1移动机器人位置描述109
7.2.2前向运动学模型110
7.2.3轮子运动学约束111
7.2.4移动机器人运动学约束115
7.3移动机器人机动性116
7.3.1移动性116
7.3.2可操纵度119
7.3.3机动性119
7.4飞行机器人120
习题7123
参考文献124