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| 內容簡介： |
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本书以典型的串、并联机器人机构为对象，沿袭传统机构学研究的三大经典主题——结构学、运动学、动力学，展开有关“型”“性”“度”分析与设计方面的阐述。全书共10章。第1章为绪论。第2、3章为全书提供数理基础。第4章介绍常见的机器人机构，为其他各章提供对象。第5章是串联机器人的运动学基础理论，主要介绍两种常用的位移求解方法：一种是基于D-H参数法的代数法，另一种是基于指数积公式的几何法。第6章主要介绍串联机器人速度雅可比的概念与求解方法，以及几种典型的基于速度雅可比的性能评价指标。第7章简单介绍少许与并联机器人运动学相关的基础知识。第5～7章内容均属于机器人运动学的研究范畴。第8、9章分别简要介绍机器人静力学与动力学的基础知识，其中也涉及少许刚性、柔性机器人静刚度建模的方法。第10章则结合一个典型案例，给出机器人机构设计过程中遵循的一般过程。本书可作为机器人工程专业的高年级本科生教材或研究生教材，也可作为相关科研人员与工程技术人员的参考用书。本书配有精美课件，请选用本书的教师登录机械工业出版社教育服务网(www.cmpedu.com)下载。
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前言符号表第1章绪论1.1机器人的起源与发展1.2机器人机构学的诞生1.3章节安排与内容导读习题第2章数学知识2.1坐标系与三维向量的运算2.1.1坐标系与点的坐标表示2.1.2三维向量及其运算2.2矩阵与线性空间2.2.1矩阵及其运算2.2.2线性空间与线性变换2.2.3雅可比的概念2.3*线几何2.3.1欧氏几何、射影几何与齐次坐标2.3.2线矢量2.3.3Grassmann线几何2.4*旋量与旋量系2.4.1旋量、线矢量与偶量2.4.2旋量的基本运算2.4.3旋量系本章小结扩展阅读文献习题第3章位姿描述与刚体运动3.1刚体的位姿描述3.2刚体运动与刚体变换3.2.1坐标（系）映射3.2.2典型的刚体运动与刚体变换3.2.3复合变换与连续变换3.2.4自由矢量的变换3.3姿态的其他描述方法3.3.1欧拉角3.3.2R-P-Y角3.3.3等效轴-角3.3.4单位四元数3.3.5不同姿态描述之间的对比及映射关系总结3.4*运动旋量与刚体运动3.4.1基于等效轴-角表示的齐次变换推导3.4.2螺旋运动与螺旋变换3.5刚体速度3.5.1线速度、角速度的表示及物理意义3.5.2*刚体速度的描述与速度旋量3.6*力旋量3.6.1力旋量的定义3.6.2约束力旋量本章小结扩展阅读文献习题第4章机器人机构4.1机器人机构的基本组成4.1.1机构的基本组成元素：构件与运动副4.1.2运动链、机构与机器人4.1.3机器人机构的表示4.2机器人机构的简单分类4.3串联机器人机构4.3.1手臂机构4.3.2手腕机构4.3.3机器人手爪4.4并/混联机器人机构4.5移动机器人机构4.5.1轮式移动机器人机构4.5.2足式移动机器人机构4.6机器人的自由度4.6.1与自由度相关的几个基本概念4.6.2自由度计算公式4.7驱动、传动机构4.7.1常用的驱动器4.7.2传动机构与机器人用减速器4.8与机器人机构相关的性能描述本章小结扩展阅读文献习题第5章串联机器人的位移分析5.1位移分析的主要任务及意义5.2位移分析的基本原理与基本方法5.2.1基本原理：闭环方程5.2.2基本方法：解析法与数值法5.3D-H参数与串联机器人的正运动学求解5.3.1D-H参数法的由来5.3.2前置坐标系下的D-H 参数5.3.3前置坐标系下的D-H 矩阵5.3.4基于改进D-H 参数法的串联机器人位移分析5.3.5标准D-H 参数法与串联机器人的正运动学求解5.4关节空间、任务空间与驱动空间5.5串联机器人的位移反解5.6*串联机器人位移求解的指数积公式5.6.1位移正解的指数积公式5.6.2位移反解的指数积公式5.7机器人的工作空间本章小结扩展阅读文献习题第6章串联机器人的速度雅可比与性能评价6.1速度分析的主要任务及意义6.2递推法计算串联机器人的末端速度6.3速度雅可比的定义6.4串联机器人速度雅可比的其他计算方法6.4.1基于D-H参数的微分变换法6.4.2*基于指数积公式的求解方法6.4.3*螺旋运动方程6.4.4*参考坐标系的选择6.5基于速度雅可比的性能分析与评价6.5.1奇异性分析6.5.2灵巧性分析本章小结扩展阅读文献习题第7章并联机器人运动学基础7.1并联机器人的主要应用7.2并联机器人的位移分析7.2.1求解方法概述7.2.2典型实例分析7.3并联机器人的速度雅可比7.3.1位移方程直接求导法（直接微分法）7.3.2*旋量法7.4并联机器人的奇异性7.4.1奇异的分类概述7.4.2奇异的求解方法本章小结扩展阅读文献习题第8章机器人静力学与静刚度分析8.1机器人静力学与静刚度分析的主要任务与意义8.2静力平衡方程8.3静力雅可比8.3.1静力雅可比矩阵的定义8.3.2广义速度、广义力与雅可比在不同坐标系间的变换8.3.3力椭球8.3.4静力雅可比与速度雅可比之间的对偶性8.4柔度与变形8.4.1刚度与柔度8.4.2*基于旋量理论的空间柔度矩阵建模8.4.3*柔度矩阵的坐标变换8.5刚性机器人的静刚度建模8.5.1串联机器人的静刚度映射8.5.2并联机器人的静刚度映射8.5.3柔度矩阵与力椭球8.6*柔性机器人的静刚度建模本章小结扩展阅读文献习题第9章机器人动力学基础9.1机器人动力学建模的目的与意义9.2刚体的惯性9.3基于拉格朗日方程的机器人动力学建模9.3.1一般质点系的拉格朗日方程9.3.2串联机器人的拉格朗日方程9.3.3*基于指数积公式的机器人动力学方程9.4基于牛顿-欧拉方程的动力学建模9.4.1一般刚体运动的牛顿-欧拉方程9.4.2前置坐标系下串联机器人的牛顿-欧拉公式9.4.3后置坐标系下串联机器人的牛顿-欧拉公式本章小结扩展阅读文献习题第10章机器人机构的设计10.1一般设计流程10.2构型设计10.2.1枚举法10.2.2演化法10.2.3组合法10.2.4其他方法10.3参数设计及优化10.3.1基于目标函数的优化设计方法10.3.2基于性能图谱的优化设计方法10.4设计实例：大行程XY柔性纳米定位平台的设计10.4.1平台的应用背景及性能指标10.4.2平台的构型设计10.4.3平台的参数设计及优化10.4.4样机开发与性能测试本章小结扩展阅读文献习题
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| 內容試閱：
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21世纪以来，机器人学的迅猛发展给传统机构学带来了新的动力，机器人机构学已成为机构学及机器人领域的重要分支。特别是在我国努力推动科技进步、大力发展自主创新的今天，机器人机构学正面临着一个空前的机遇。国内外对机器人机构学的研究进展可以用日新月异来形容，涉及范围已不再局限于科研院所，更逐渐向制造业、服务业等技术及应用领域拓展，从业人员日益增加。2013年，在国家自然科学基金委员会工程与材料科学部主办首届中国机构学中青年学者论坛期间，我们决定编写一本有关机器人机构学方面的研究生教材，以支撑相关学科的研究生教育和教学。当时，我们注意到市面上尚缺少一本符合下述特征的教材：①站在学科的角度规划这一主题，既要保留经典又要反映前沿；②从教材而非专著的视角构建知识体系，涉及的先修知识不宜过深、过泛，可读性较强，便于研究生甚至高年级本科生自学。经过7年间的多次交流、研讨，最终形成了本书的整体框架：以经典串、并联机器人为主要对象，以“设计”为主线，沿袭经典机构学研究的三大主题——结构学、运动学、动力学，展开对机构“型”“性”“度”三个主题的系统阐述。从知识层面上，本书既注重与机械原理等课程的衔接，也注意区分与机器人学知识体系的差异。就内容而言，本书既涵盖了机器人机构学领域的经典理论，也融入了有关自由度与运动模式分析、构型综合、性能评价与优化设计、柔性及连续体机器人运动学等最新的学科成果。2015年，随着国内首个机器人工程本科新工科专业获批，构建与机器人工程专业相关的课程资源变得越来越迫切。其中，机器人机构学（基础）作为支撑机器人结构设计的重要内容被很多高校列入专业核心课程系列中，而相关教材异常紧缺。这便成了将上述研究生用教材下行，精编为这本本科生教材的主要缘由。相比我们之前编写的《机器人机构学》，本书保留了其中的经典内容（涵盖《机器人机构学》的第1～3章、第7和第8章、第11和第12章，以及第4章和第14章的部分内容），去掉了有关运动模式分析、构型综合、运动/力交互性能评价与优化设计、柔性及连续体机器人运动学等专、深的内容，所依托的主要数理基础为线性代数、理论力学及少许的材料力学知识。这样，本科高年级学生通过课程学习或自学可以掌握机器人机构学的精髓。不过，为了帮助学有余力的读者深入理解机器人学中的一些基本概念和方法，本书仍提供了旋量等现代数学工具以及相关问题求解的内容，分散在各章节中（用“*”号标识）。为了帮助读者梳理所学到的知识，每章开始均设有“本章内容导读”模块，除第1章外，各章最后包含“本章小结”，对章内出现的重要概念和公式进行了高度概括；同时，各章末尾还提供了扩展阅读文献，以及丰富的习题，以便于读者对所学知识做进一步消化和巩固。本书由于靖军和刘辛军担任主编，负责全书主体内容的编写和统稿，谢福贵、孟齐志、宫昭、沈铖玮、刘凯、李守忠参与部分例题及课后习题答案的编写和核对工作。在编写本书过程中，我们参考了国内外大量经典的教材与专著，这里对其作者表示最诚挚的敬意！特别是已产生广泛影响力的克雷格教授所著《机器人学导论》、蔡伦文教授所著《机器人分析：串并联机器人机构学》、熊有伦院士等所著《机器人学》、黄真教授等所著《高等空间机构学》等，为本书编写提供了绝佳的创意和素材。本书所涉及的研究工作得到了国家自然科学基金项目（U1813221，91748205）的资助，在此表示特别的感谢！由于编者水平有限，书中难免有疏漏和错误之处，敬请读者批评指正。编者
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