机器人学：机构、运动学及动力学 / 战略性新兴领域“十四五”高等教育系列教材
定价：￥58.00
作者： 吴学忠
出版时间：2025-07-31
出版社：机械工业出版社
- 机械工业出版社
- 9787111774457
- 1-1
- 557405
- 平装
- 2025-07-31
- 395
- 本科
内容简介
本书系统地介绍了机器人学相关的知识及基本原理。全书共8 章。第1 章为绪论。第2~7 章为主体部分，其中第2 章介绍典型机器人的主要机械本体构成以及典型机构，第3 章介绍机器人位置运动学，第4 章讨论机器人的微分运动以及基于雅可比矩阵的速度分析、静力分析等内容，第5 章讨论机器人动力学的相关问题，第6 章介绍常用机器人的轨迹规划方法，第7 章介绍机器人驱动器的主要类型、工作原理及应用方法。第8 章以四足机器人整机和人形机器人手臂为两个典型案例，结合全书内容进行了综合应用与设计。
本书内容丰富，既包含机器人学的基础知识，也涉及相关领域的前沿内容。本书适合作为机器人工程、机械类、自动化类及计算机类等专业本科高年级学生或研究生的教材，也可供机器人及相关领域的研究人员学习和参考。
本书配有电子课件、教学大纲和习题答案等教学资源，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。
本书内容丰富，既包含机器人学的基础知识，也涉及相关领域的前沿内容。本书适合作为机器人工程、机械类、自动化类及计算机类等专业本科高年级学生或研究生的教材，也可供机器人及相关领域的研究人员学习和参考。
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目录
目录
序
前言
第1章绪论
1.1引言
1.2机器人的发展史
1.2.1机器人起源
1.2.2国外机器人发展
1.2.3国内机器人发展
1.3机器人学的发展
1.4机器人的基本概念
1.5机器人的分类
1.6机器人的应用
1.7机器人的性能指标
1.8机器人的未来与趋势
本章小结
课后习题
参考文献
第2章机器人机构基础
2.1引言
2.2机器人的自由度
2.2.1基本概念
2.2.2自由度计算
2.3机器人的工作空间
2.4机器人的组成
2.5驱动机构
2.6传动机构
2.6.1齿轮传动
2.6.2丝杠传动
2.6.3带传动和链传动
2.6.4绳传动
2.6.5连杆传动
2.6.6凸轮传动
2.7机身机构
2.7.1臂部机构
2.7.2腕部机构
2.7.3手部机构
2.8移动机构
2.8.1轮式机构
2.8.2履带式机构
2.8.3腿足式机构
2.9其他新型机构
2.9.1柔顺机构
2.9.2变胞机构
2.10设计项目：四足机器人的方案设计
本章小结
课后习题
参考文献
第3章机器人位置运动学
3.1引言
3.2机器人的矩阵表示
3.2.1空间向量基础
3.2.2位姿矩阵
3.3齐次变换矩阵
3.3.1齐次坐标
3.3.2齐次变换矩阵的表示
3.4机器人坐标变换的表示
3.4.1平移变换
3.4.2旋转变换
3.4.3复合变换
3.4.4相对于当前坐标系的变换
3.5机器人的正运动学分析
3.5.1位置正运动学
3.5.2姿态正运动学
3.6机器人正运动学的D-H表示
3.6.1标准D-H建模法
3.6.2其他D-H建模法
3.7机器人的逆运动学分析
3.7.1逆运动学的多解性
3.7.2逆运动学求解
3.8机器人的位置运动学仿真
3.8.1坐标变换
3.8.2建立机器人对象
3.8.3机器人运动学求解
3.9设计项目：四足机器人的运动学分析
3.9.1D-H坐标系说明
3.9.2右前腿运动学分析
本章小结
课后习题
参考文献
第4章机器人的雅可比矩阵与分析
4.1引言
4.2微分运动关系
4.2.1微分关系
4.2.2坐标系的微分运动
4.2.3微分运动在不同坐标系间的相互转换
4.3雅可比矩阵
4.3.1雅可比矩阵的定义
4.3.2雅可比矩阵的计算方法
4.4基于雅可比矩阵的速度分析
4.5基于雅可比矩阵的静力分析
4.5.1机构连杆之间的静力传递
4.5.2静力雅可比矩阵
4.5.3静力雅可比矩阵的坐标系变换
4.6基于雅可比矩阵的奇异位形分析
4.7设计项目：四足机器人的速度与静力学分析
本章小结
课后习题
参考文献
第5章机器人动力学
5.1引言
5.2惯性参数
5.2.1转动惯量
5.2.2张量
5.2.3惯量张量
5.2.4惯量张量的平行移轴定理与坐标轴旋转变换
5.2.5惯性椭球和惯性主轴
5.3基于牛顿-欧拉方程的机器人动力学分析
5.3.1牛顿动力学方程
5.3.2欧拉方程
5.3.3机器人机构的牛顿-欧拉动力学方程
5.4牛顿-欧拉动力学方程的递推算法
5.4.1速度及加速度的向后递推计算
5.4.2关节力与力矩的向前递推计算
5.5基于拉格朗日方程的机器人动力学建模
5.5.1拉格朗日方程概述
5.5.2拉格朗日方程在机器人动力学中的应用
5.6机器人动力学仿真
5.6.1通用机构的动力学仿真软件
5.6.2通用建模和分析软件的动力学仿真模块
5.6.3专用机械系统动力学仿真软件
5.6.4利用MATLAB Robotics Toolbox的动力学仿真
5.7设计项目：四足机器人的动力学分析
本章小结
课后习题
参考文献
第6章机器人轨迹规划
6.1引言
6.2轨迹规划基本原理
6.2.1路径、轨迹及轨迹规划
6.2.2关节空间轨迹规划的基本原理
6.2.3笛卡儿空间轨迹规划的基本原理
6.2.4轨迹规划实现的基本方法
6.3关节空间轨迹规划的实现方法
6.3.1单路段轨迹规划
6.3.2具有中间点的轨迹规划
6.4笛卡儿坐标空间轨迹规划
6.4.1空间直线轨迹规划
6.4.2圆弧轨迹规划
6.4.3笛卡儿坐标空间轨迹规划所需注意问题
6.5设计项目：四足机器人的腿部轨迹规划
本章小结
课后习题
参考文献
第7章机器人驱动器
7.1引言
7.2机器人驱动器的基本性能要求
7.3机器人驱动器的主要类型与选用原则
7.3.1机器人驱动器的主要类型
7.3.2机器人驱动器的选用原则
7.4液压驱动器
7.4.1液压驱动器的基本原理
7.4.2液压驱动系统的基本结构
7.4.3液压驱动器的控制系统
7.4.4液压驱动器的典型应用
7.5气动驱动器
7.5.1气动驱动器的基本原理
7.5.2气动驱动系统的基本结构
7.5.3气动驱动器的控制系统
7.5.4气动驱动器的典型应用
7.6电动机驱动器
7.6.1电动机驱动器的基本原理
7.6.2直流电动机
7.6.3交流电动机
7.6.4伺服电动机
7.6.5力矩电动机
7.6.6步进电动机
7.6.7电动机驱动器的典型应用
7.7新型驱动器
7.7.1压电驱动器
7.7.2超磁致伸缩驱动器
7.7.3静电驱动器
7.7.4人工肌肉驱动器
7.8设计项目：四足机器人腿部驱动器的设计（采用电动机驱动器）
本章小结
课后习题
参考文献
第8章机器人综合设计
8.1引言
8.2机器人设计的方法与流程
8.2.1机器人一般设计过程
8.2.2机器人设计的关键问题
8.3四足机器人整机设计实例
8.3.1四足机器人机械结构设计
8.3.2四足机器人运动学建模分析
8.3.3四足机器人动力学仿真分析
8.3.4四足机器人步态轨迹规划
8.3.5四足机器人步态仿真与实验
8.4人形机器人手臂设计实例
8.4.1人形机器人手臂机械结构设计
8.4.2人形机器人手臂运动学建模分析
8.4.3人形机器人手臂静力学和动力学建模分析
8.4.4人形机器人手臂轨迹规划与仿真
8.4.5人形机器人手臂性能实验
本章小结
课后习题
参考文献
序
前言
第1章绪论
1.1引言
1.2机器人的发展史
1.2.1机器人起源
1.2.2国外机器人发展
1.2.3国内机器人发展
1.3机器人学的发展
1.4机器人的基本概念
1.5机器人的分类
1.6机器人的应用
1.7机器人的性能指标
1.8机器人的未来与趋势
本章小结
课后习题
参考文献
第2章机器人机构基础
2.1引言
2.2机器人的自由度
2.2.1基本概念
2.2.2自由度计算
2.3机器人的工作空间
2.4机器人的组成
2.5驱动机构
2.6传动机构
2.6.1齿轮传动
2.6.2丝杠传动
2.6.3带传动和链传动
2.6.4绳传动
2.6.5连杆传动
2.6.6凸轮传动
2.7机身机构
2.7.1臂部机构
2.7.2腕部机构
2.7.3手部机构
2.8移动机构
2.8.1轮式机构
2.8.2履带式机构
2.8.3腿足式机构
2.9其他新型机构
2.9.1柔顺机构
2.9.2变胞机构
2.10设计项目：四足机器人的方案设计
本章小结
课后习题
参考文献
第3章机器人位置运动学
3.1引言
3.2机器人的矩阵表示
3.2.1空间向量基础
3.2.2位姿矩阵
3.3齐次变换矩阵
3.3.1齐次坐标
3.3.2齐次变换矩阵的表示
3.4机器人坐标变换的表示
3.4.1平移变换
3.4.2旋转变换
3.4.3复合变换
3.4.4相对于当前坐标系的变换
3.5机器人的正运动学分析
3.5.1位置正运动学
3.5.2姿态正运动学
3.6机器人正运动学的D-H表示
3.6.1标准D-H建模法
3.6.2其他D-H建模法
3.7机器人的逆运动学分析
3.7.1逆运动学的多解性
3.7.2逆运动学求解
3.8机器人的位置运动学仿真
3.8.1坐标变换
3.8.2建立机器人对象
3.8.3机器人运动学求解
3.9设计项目：四足机器人的运动学分析
3.9.1D-H坐标系说明
3.9.2右前腿运动学分析
本章小结
课后习题
参考文献
第4章机器人的雅可比矩阵与分析
4.1引言
4.2微分运动关系
4.2.1微分关系
4.2.2坐标系的微分运动
4.2.3微分运动在不同坐标系间的相互转换
4.3雅可比矩阵
4.3.1雅可比矩阵的定义
4.3.2雅可比矩阵的计算方法
4.4基于雅可比矩阵的速度分析
4.5基于雅可比矩阵的静力分析
4.5.1机构连杆之间的静力传递
4.5.2静力雅可比矩阵
4.5.3静力雅可比矩阵的坐标系变换
4.6基于雅可比矩阵的奇异位形分析
4.7设计项目：四足机器人的速度与静力学分析
本章小结
课后习题
参考文献
第5章机器人动力学
5.1引言
5.2惯性参数
5.2.1转动惯量
5.2.2张量
5.2.3惯量张量
5.2.4惯量张量的平行移轴定理与坐标轴旋转变换
5.2.5惯性椭球和惯性主轴
5.3基于牛顿-欧拉方程的机器人动力学分析
5.3.1牛顿动力学方程
5.3.2欧拉方程
5.3.3机器人机构的牛顿-欧拉动力学方程
5.4牛顿-欧拉动力学方程的递推算法
5.4.1速度及加速度的向后递推计算
5.4.2关节力与力矩的向前递推计算
5.5基于拉格朗日方程的机器人动力学建模
5.5.1拉格朗日方程概述
5.5.2拉格朗日方程在机器人动力学中的应用
5.6机器人动力学仿真
5.6.1通用机构的动力学仿真软件
5.6.2通用建模和分析软件的动力学仿真模块
5.6.3专用机械系统动力学仿真软件
5.6.4利用MATLAB Robotics Toolbox的动力学仿真
5.7设计项目：四足机器人的动力学分析
本章小结
课后习题
参考文献
第6章机器人轨迹规划
6.1引言
6.2轨迹规划基本原理
6.2.1路径、轨迹及轨迹规划
6.2.2关节空间轨迹规划的基本原理
6.2.3笛卡儿空间轨迹规划的基本原理
6.2.4轨迹规划实现的基本方法
6.3关节空间轨迹规划的实现方法
6.3.1单路段轨迹规划
6.3.2具有中间点的轨迹规划
6.4笛卡儿坐标空间轨迹规划
6.4.1空间直线轨迹规划
6.4.2圆弧轨迹规划
6.4.3笛卡儿坐标空间轨迹规划所需注意问题
6.5设计项目：四足机器人的腿部轨迹规划
本章小结
课后习题
参考文献
第7章机器人驱动器
7.1引言
7.2机器人驱动器的基本性能要求
7.3机器人驱动器的主要类型与选用原则
7.3.1机器人驱动器的主要类型
7.3.2机器人驱动器的选用原则
7.4液压驱动器
7.4.1液压驱动器的基本原理
7.4.2液压驱动系统的基本结构
7.4.3液压驱动器的控制系统
7.4.4液压驱动器的典型应用
7.5气动驱动器
7.5.1气动驱动器的基本原理
7.5.2气动驱动系统的基本结构
7.5.3气动驱动器的控制系统
7.5.4气动驱动器的典型应用
7.6电动机驱动器
7.6.1电动机驱动器的基本原理
7.6.2直流电动机
7.6.3交流电动机
7.6.4伺服电动机
7.6.5力矩电动机
7.6.6步进电动机
7.6.7电动机驱动器的典型应用
7.7新型驱动器
7.7.1压电驱动器
7.7.2超磁致伸缩驱动器
7.7.3静电驱动器
7.7.4人工肌肉驱动器
7.8设计项目：四足机器人腿部驱动器的设计（采用电动机驱动器）
本章小结
课后习题
参考文献
第8章机器人综合设计
8.1引言
8.2机器人设计的方法与流程
8.2.1机器人一般设计过程
8.2.2机器人设计的关键问题
8.3四足机器人整机设计实例
8.3.1四足机器人机械结构设计
8.3.2四足机器人运动学建模分析
8.3.3四足机器人动力学仿真分析
8.3.4四足机器人步态轨迹规划
8.3.5四足机器人步态仿真与实验
8.4人形机器人手臂设计实例
8.4.1人形机器人手臂机械结构设计
8.4.2人形机器人手臂运动学建模分析
8.4.3人形机器人手臂静力学和动力学建模分析
8.4.4人形机器人手臂轨迹规划与仿真
8.4.5人形机器人手臂性能实验
本章小结
课后习题
参考文献
