第1章 基礎(chǔ)知識
1.1 引言
1.2 什么是機(jī)器人
1.3 機(jī)器人的分類
1.4 什么是機(jī)器人學(xué)
1.5 機(jī)器人的發(fā)展歷史
1.6 機(jī)器人的優(yōu)缺點
1.7 機(jī)器人的組成部件
1.8 機(jī)器人的自由度
1.9 機(jī)器人關(guān)節(jié)
1.10 機(jī)器人的坐標(biāo)
1.11 機(jī)器人的參考坐標(biāo)系
1.12 機(jī)器人的編程模式
1.13 機(jī)器人的性能指標(biāo)
1.14 機(jī)器人的工作空間
1.15 機(jī)器人語言
1.16 機(jī)器人的應(yīng)用
1.17 其他機(jī)器人及其應(yīng)用
1.18 機(jī)器人的社會問題
小結(jié)
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習(xí)題

第2章 機(jī)器人位置運動學(xué)
2.1 引言
2.2 機(jī)器人機(jī)構(gòu)
2.3 符號規(guī)范
2.4 機(jī)器人運動學(xué)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(biāo)系在固定參考坐標(biāo)系原點的表示
2.4.4 坐標(biāo)系在固定參考坐標(biāo)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(zhuǎn)變換的表示
2.6.3 復(fù)合變換的表示
2.6.4 相對于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換
2.7 變換矩陣的逆
2.8 機(jī)器人的正逆運動學(xué)
2.9 位置的正逆運動學(xué)方程
2.9.1 直角(臺架)坐標(biāo)
2.9.2 圓柱坐標(biāo)
2.9.3 球坐標(biāo)
2.9.4 鏈?zhǔn)阶鴺?biāo)
2.10 姿態(tài)的正逆運動學(xué)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?zhǔn)疥P(guān)節(jié)
2.11 位姿的正逆運動學(xué)方程
2.12 機(jī)器人正運動學(xué)方程的D-H表示
2.13 機(jī)器人的逆運動學(xué)解
2.13.1 鏈?zhǔn)綑C(jī)器人臂的一般解
2.14 機(jī)器人的逆運動學(xué)編程
2.15 機(jī)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(shè)計項目
2.17.1 3自由度機(jī)器人
2.17.2 3自由度移動機(jī)器人
小結(jié)
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習(xí)題

第3章 微分運動和速度
3.1 引言
3.2 微分關(guān)系
3.3 雅可比矩陣
3.4 微分運動與大范圍運動
3.5 坐標(biāo)系的微分運動與機(jī)器人的微分運動
3.6 坐標(biāo)系微分運動
3.6.1 微分平移
3.6.2 繞參考軸的微分旋轉(zhuǎn)
3.6.3 繞一般軸q的微分旋轉(zhuǎn)
3.6.4 坐標(biāo)系的微分變換
3.7 微分變化的解釋
3.8 坐標(biāo)系之間的微分變化
3.9 機(jī)器人及機(jī)器人手坐標(biāo)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(guān)聯(lián)
3.12 雅可比矩陣求逆
3.13 設(shè)計項目
3.13.1 3自由度機(jī)器人
3.13.2 3自由度移動機(jī)器人
小結(jié)
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習(xí)題

第4章 動力學(xué)分析和力
4.1 引言
4.2 拉格朗日力學(xué)的簡短回顧
4.3 有效轉(zhuǎn)動慣量
4.4 多自由度機(jī)器人的動力學(xué)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(jī)器人運動方程
4.5 機(jī)器人的靜力分析
4.6 坐標(biāo)系間力和力矩的變換
4.7 設(shè)計項目
小結(jié)
參考文獻(xiàn)
習(xí)題

第5章 軌跡規(guī)劃
5.1 引言
5.2 路徑與軌跡
5.3 關(guān)節(jié)空間描述與直角坐標(biāo)空間描述
5.4 軌跡規(guī)劃的基本原理
5.5 關(guān)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(biāo)空間的軌跡規(guī)劃
5.7 連續(xù)軌跡記錄
5.8 設(shè)計項目
小結(jié)
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習(xí)題

第6章 運動控制系統(tǒng)
6.1 引言
6.2 基本組成和術(shù)語
6.3 結(jié)構(gòu)圖
6.4 系統(tǒng)動力學(xué)
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(fù)根時的部分分式展開
6.7 傳遞函數(shù)
6.8 結(jié)構(gòu)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(bǔ)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(yīng)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(jī)電系統(tǒng)動力學(xué)：機(jī)器人驅(qū)動和控制
6.26 設(shè)計項目
小結(jié)
參考文獻(xiàn)
習(xí)題

第7章 驅(qū)動器和驅(qū)動系統(tǒng)
7.1 引言
7.2 驅(qū)動系統(tǒng)的特性
7.2.1 標(biāo)稱特性
7.2.2 剛度和柔性
7.2.3 使用減速齒輪
7.3 驅(qū)動系統(tǒng)的比較
7.4 液壓驅(qū)動器
7.5 氣動裝置
7.6 電機(jī)
7.6.1 交流型和直流型電機(jī)的基本區(qū)別
7.6.2 直流電機(jī)
7.6.3 交流電機(jī)
7.6.4 無刷直流電機(jī)
7.6.5 直接驅(qū)動電機(jī)
7.6.6 伺服電機(jī)
7.6.7 步進(jìn)電機(jī)
7.7 電機(jī)的微處理器控制
7.7.1 脈沖寬度調(diào)制
7.7.2 采用H橋的直流電機(jī)轉(zhuǎn)向控制
7.8 磁致伸縮驅(qū)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(shè)計項目
7.13.1 設(shè)計項目1
7.13.2 設(shè)計項目2
7.13.3 設(shè)計項目3
7.13.4 設(shè)計項目4
小結(jié)
參考文獻(xiàn)
習(xí)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(zhuǎn)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(yīng)變片
8.7.4 防靜電泡沫
8.8 力矩傳感器
8.9 微動開關(guān)
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(yīng)接近覺傳感器
8.12.2 光學(xué)接近覺傳感器
8.12.3 超聲波接近覺傳感器
8.12.4 感應(yīng)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(yuǎn)程中心柔順裝置
8.20 設(shè)計項目
小結(jié)
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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(zhì)
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(shù)
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(kuò)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(kuò)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(jī)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(jìn)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(nèi)空域技術(shù)
9.24.2 幀間編碼技術(shù)
9.24.3 壓縮技術(shù)
9.25 彩色圖像
9.26 啟發(fā)式方法
9.27 視覺系統(tǒng)的應(yīng)用
9.28 設(shè)計項目
小結(jié)
參考文獻(xiàn)
習(xí)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(jī)器人中的應(yīng)用
10.10 設(shè)計項目
小結(jié)
參考文獻(xiàn)
習(xí)題

附錄A 矩陣代數(shù)和三角學(xué)復(fù)習(xí)
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(jī)器人仿真