機器人學導論：分析、控制及應用（第二版）

第1章 基礎知識
1．1 引言
1．2 什么是機器人
1．3 機器人的分類
1．4 什么是機器人學
1．5 機器人的發(fā)展歷史
1．6 機器人的優(yōu)缺點
1．7 機器人的組成部件
1．8 機器人的自由度
1．9 機器人關節(jié)
1．10 機器人的坐標
1．11 機器人的參考坐標系
1．12 機器人的編程模式
1．13 機器人的性能指標
1．14 機器人的工作空間
1．15 機器人語言
1．16 機器人的應用
1．17 其他機器人及其應用
1．18 機器人的社會問題
小結
參考文獻
習題
第2章 機器人位置運動學
2．1 引言
2．2 機器人機構
2．3 符號規(guī)范
2．4 機器人運動學的矩陣表示
2．4．1 空間點的表示
2．4．2 空間向量的表示
2．4．3 坐標系在固定參考坐標系原點的表示
2．4．4 坐標系在固定參考坐標系中的表示
2．4．5 剛體的表示
2．5 齊次變換矩陣
2．6 變換的表示
2．6．1 純平移變換的表示
2．6．2 繞軸純旋轉變換的表示
2．6．3 復合變換的表示
2．6．4 相對于旋轉坐標系的變換
2．7 變換矩陣的逆
2．8 機器人的正逆運動學
2．9 位置的正逆運動學方程
2．9．1 直角(臺架)坐標
2．9．2 圓柱坐標
2．9．3 球坐標
2．9．4 鏈式坐標
2．10 姿態(tài)的正逆運動學方程
2．10．1 滾動角、俯仰角和偏航角
2．10．2 歐拉角
2．10．3 鏈式關節(jié)
2．11 位姿的正逆運動學方程
2．12 機器人正運動學方程的D-H表示
2．13 機器人的逆運動學解
2．13．1 鏈式機器人臂的一般解
2．14 機器人的逆運動學編程
2．15 機器人的退化和靈巧特性
2．15．1 退化
2．15．2 靈巧
2．16 D-H表示法的基本問題
2．17 設計項目
2．17．1 3自由度機器人
2．17．2 3自由度移動機器人
小結
參考文獻
習題
第3章 微分運動和速度
3．1 引言
3．2 微分關系
3．3 雅可比矩陣
3．4 微分運動與大范圍運動
3．5 坐標系的微分運動與機器人的微分運動
3．6 坐標系微分運動
3．6．1 微分平移
3．6．2 繞參考軸的微分旋轉
3．6．3 繞一般軸q的微分旋轉
3．6．4 坐標系的微分變換
3．7 微分變化的解釋
3．8 坐標系之間的微分變化
3．9 機器人及機器人手坐標系的微分運動
3．10 雅可比矩陣的計算
3．11 如何建立雅可比矩陣和微分算子之間的關聯(lián)
3．12 雅可比矩陣求逆
3．13 設計項目
3．13．1 3自由度機器人
3．13．2 3自由度移動機器人
小結
參考文獻
習題
第4章 動力學分析和力
4．1 引言
4．2 拉格朗日力學的簡短回顧
4．3 有效轉動慣量
4．4 多自由度機器人的動力學方程
4．4．1 動能
4．4．2 勢能
4．4．3 拉格朗日函數(shù)
4．4．4 機器人運動方程
4．5 機器人的靜力分析
4．6 坐標系間力和力矩的變換
4．7 設計項目
小結
參考文獻
習題
第5章 軌跡規(guī)劃
5．1 引言
5．2 路徑與軌跡
5．3 關節(jié)空間描述與直角坐標空間描述
5．4 軌跡規(guī)劃的基本原理
5．5 關節(jié)空間的軌跡規(guī)劃
5．5．1 三次多項式軌跡規(guī)劃
5．5．2 五次多項式軌跡規(guī)劃
5．5．3 拋物線過渡的線性段
5．5．4 具有中間點及用拋物線過渡的線性段
5．5．5 高次多項式運動軌跡
5．5．6 其他軌跡
5．6 直角坐標空間的軌跡規(guī)劃
5．7 連續(xù)軌跡記錄
5．8 設計項目
小結
參考文獻
習題
第6章 運動控制系統(tǒng)
6．1 引言
6．2 基本組成和術語
6．3 結構圖
6．4 系統(tǒng)動力學
6．5 拉普拉斯變換
6．6 拉普拉斯反變換
6．6．1 F(s)的極點無重根時的部分分式展開
6．6．2 F(s)的極點含重根時的部分分式展開
6．6．3 F(s)的極點含共軛復根時的部分分式展開
6．7 傳遞函數(shù)
6．8 結構圖代數(shù)
6．9 一階傳遞函數(shù)的特性
6．10 二階傳遞函數(shù)的特性
6．11 特征方程：零極點分布
6．12 穩(wěn)態(tài)誤差
6．13 根軌跡法
6．14 比例控制器
6．15 比例積分控制器
6．16 比例加微分控制器
6．17 比例積分微分（PID）控制器
6．18 超前和滯后補償器
6．19 伯德圖和頻域分析
6．20 開環(huán)和閉環(huán)表示的應用對比
6．21 多輸入多輸出系統(tǒng)
6．22 狀態(tài)空間控制方法
6．23 數(shù)字控制
6．24 非線性控制系統(tǒng)
6．25 機電系統(tǒng)動力學：機器人驅動和控制
6．26 設計項目
小結
參考文獻
習題
第7章 驅動器和驅動系統(tǒng)
7．1 引言
7．2 驅動系統(tǒng)的特性
7．2．1 標稱特性
7．2．2 剛度和柔性
7．2．3 使用減速齒輪
7．3 驅動系統(tǒng)的比較
7．4 液壓驅動器
7．5 氣動裝置
7．6 電機
7．6．1 交流型和直流型電機的基本區(qū)別
7．6．2 直流電機
7．6．3 交流電機
7．6．4 無刷直流電機
7．6．5 直接驅動電機
7．6．6 伺服電機
7．6．7 步進電機
7．7 電機的微處理器控制
7．7．1 脈沖寬度調制
7．7．2 采用H橋的直流電機轉向控制
7．8 磁致伸縮驅動器
7．9 形狀記憶金屬
7．10 電活性聚合物（EAP）
7．11 減速器
7．12 其他系統(tǒng)
7．13 設計項目
7．13．1 設計項目1
7．13．2 設計項目2
7．13．3 設計項目3
7．13．4 設計項目4
小結
參考文獻
習題
第8章 傳感器
8．1 引言
8．2 傳感器特性
8．3 傳感器的使用
8．4 位置傳感器
8．4．1 電位器
8．4．2 編碼器
8．4．3 線位移差動變壓器
8．4．4 旋轉變壓器
8．4．5 傳輸時間測量（磁反射）型位移傳感器
8．4．6 霍爾傳感器
8．4．7 其他裝置
8．5 速度傳感器
8．5．1 編碼器
8．5．2 測速計
8．5．3 位置信號微分
8．6 加速度傳感器
8．7 力和壓力傳感器
8．7．1 壓電晶體
8．7．2 力敏電阻
8．7．3 應變片
8．7．4 防靜電泡沫
8．8 力矩傳感器
8．9 微動開關
8．10 可見光和紅外傳感器
8．11 接觸和觸覺傳感器
8．12 接近覺傳感器
8．12．1 磁感應接近覺傳感器
8．12．2 光學接近覺傳感器
8．12．3 超聲波接近覺傳感器
8．12．4 感應式接近覺傳感器
8．12．5 電容式接近覺傳感器
8．12．6 渦流接近覺傳感器
8．13 測距儀
8．13．1 超聲波測距儀
8．13．2 光測距儀
8．13．3 全球定位系統(tǒng)（GPS）
8．14 嗅覺傳感器
8．15 味覺傳感器
8．16 視覺系統(tǒng)
8．17 語音識別裝置
8．18 語音合成器
8．19 遠程中心柔順裝置
8．20 設計項目
小結
參考文獻
第9章 視覺系統(tǒng)圖像處理和分析
9．1 引言
9．2 基本概念
9．2．1 圖像處理與圖像分析
9．2．2 二維和三維圖像
9．2．3 圖像的本質
9．2．4 圖像的獲取
9．2．5 數(shù)字圖像
9．2．6 頻域和空域
9．3 信號的傅里葉變換及頻譜
9．4 圖像的頻譜：噪聲和邊緣
9．5 分辨率和量化
9．6 采樣理論
9．7 圖像處理技術
9．8 圖像直方圖
9．9 閾值處理
9．10 空域操作：卷積掩模
9．11 連通性
9．12 降噪
9．12．1 采用卷積掩模的鄰域平均
9．12．2 圖像平均
9．12．3 頻域
9．12．4 中值濾波器
9．13 邊緣檢測
9．14 銳化圖像
9．15 霍夫變換
9．16 分割
9．17 基于區(qū)域增長和區(qū)域分解的分割
9．18 二值形態(tài)操作
9．18．1 加厚操作
9．18．2 擴張操作
9．18．3 腐蝕操作
9．18．4 骨架化
9．18．5 放縮操作
9．18．6 縮放操作
9．18．7 填充操作
9．19 灰度形態(tài)操作
9．19．1 腐蝕操作
9．19．2 擴張操作
9．20 圖像分析
9．21 基于特征的物體識別
9．21．1 用于物體辨識的基本特征
9．21．2 矩
9．21．3 模板匹配
9．21．4 離散傅里葉描述算子
9．21．5 計算機斷層造影
9．22 視覺系統(tǒng)中的深度測量
9．22．1 場景分析與映射
9．22．2 距離檢測和深度分析
9．22．3 立體成像
9．22．4 利用陰影和大小進行場景分析
9．23 特殊光照
9．24 圖像數(shù)據(jù)壓縮
9．24．1 幀內空域技術
9．24．2 幀間編碼技術
9．24．3 壓縮技術
9．25 彩色圖像
9．26 啟發(fā)式方法
9．27 視覺系統(tǒng)的應用
9．28 設計項目
小結
參考文獻
習題
第10章 模糊邏輯控制
10．1 引言
10．2 模糊控制需要什么
10．3 清晰值與模糊值
10．4 模糊集合：隸屬度與真值度
10．5 模糊化
10．6 模糊推理規(guī)則庫
10．7 清晰化
10．7．1 重心法
10．7．2 Mamdani推理法
10．8 模糊邏輯控制器的仿真
10．9 模糊邏輯在機器人中的應用
10．10 設計項目
小結
參考文獻
習題
附錄A 矩陣代數(shù)和三角學復習
附錄B 圖像采集系統(tǒng)
附錄C 采用MATLAB的根軌跡和伯德圖
附錄D 利用商用軟件的機器人仿真