从头开始学机器人操作臂

本书围绕串联操作臂的运动与控制基本原理，侧重介绍与机器人机构、运动学、动力学与规划、控制等相关的基础知识。本书特色体现在：
1、只涉及到高等数学、线性代数、理论力学、机械原理、自动控制原理等先修课程的基础知识，适用于机器人工程和机械工程等专业本科生层次，即便是应用型本科甚至高职高专的高年级学生也可读懂。
2、侧重基本概念、经典理论和方法的详细阐述，辅以简单机器人（2-4自由度的操作臂）案例分析。从知识体系构建方面，采用了先总（体）、后（部）分的架构，同时沿袭了经典机器人教科书常用的建模-规划-控制-交互知识分解体系。
3、力求讲解思路清晰、语言通俗易懂、编排图文并茂、知识重点突出，旨在打造成一本经典的机器人专业入门级教材。

本书围绕串联操作臂的运动与控制基本原理，着重介绍与机器人机构、运动学、动力学与规划、控制等相关的基础知识。全书共10 章，包含初识操作臂、操作臂机构、单轴伺服系统、操作臂的位姿描述与变换、操作臂运动学基础、速度与静力雅可比、操作臂轨迹规划、操作臂多轴运动控制器、操作臂动力学建模和基于动力学的操作臂运动控制等内容。
本书遵从先总（体） 后分（部） 的编写架构，采用经典机器人教科书常用的“建模—规划—控制—交互”的逻辑体系，力求讲解思路清晰、语言通俗易懂、编排图文并茂、知识重点突出。
本书可作为机器人工程及相关专业本科高年级和研究生入门级教材，也可供企业和科研院所的工程技术人员学习参考。

无

第1章 初识操作臂 001
1.1 操作臂的起源与发展 002
1.2 操作臂的组成 004
1.3 操作臂的性能指标 007
1.4 操作臂的典型应用 010
习题 013

第2章 操作臂机构 014
2.1 基本组成 015
2.2 手臂机构 017
2.3 手腕机构 020
2.4 机器人手爪 022
2.5 操作臂机构的构型设计 025
2.6 操作臂的自由度 029
习题 033

第3章 单轴伺服系统 034
3.1 操作臂关节单元的结构组成 035
3.2 直流电机及其驱动器 048
3.3 机器人关节用直流电机控制的基本原理 054
3.4 机器人关节用直流电机的开环控制 056
3.5 单自由度转臂的闭环控制 065
3.6 单轴直线运动系统的结构及控制简介 076
习题 085

第4章 操作臂的位姿描述与变换 087
4.1 操作臂的位姿描述 088
4.2 坐标映射 095
4.3 运动算子 100
4.4 连续变换方程 105
4.5 其他姿态描述方法 110
习题 115

第5章 操作臂运动学基础 117
5.1 运动学求解的基本原理及方法 118
5.2 D-H 参数法与串联机器人位姿求解 121
5.3 位形描述与工作空间 133
习题 135

第6章 速度与静力雅可比 136
6.1 广义速度矢量 139
6.2 速度雅可比的定义与求解 144
6.3 串联机器人的静力雅可比 156
6.4 伴随变换 158
6.5 串联机器人的性能分析与评价 161
习题 166

第7章 操作臂轨迹规划 169
7.1 轨迹规划中的一般概念 170
7.2 常见运动曲线 176
7.3 关节空间的轨迹生成与插补 186
7.4 笛卡儿空间的轨迹生成与插补 191
7.5 轨迹生成与运动控制原理 197
7.6 机器人示教及离线编程 201
习题 205

第8章 操作臂多轴运动控制器 206
8.1 操作臂运动控制系统组成 207
8.2 多轴运动控制系统的硬件原理 209
8.3 多轴运动控制系统中的软件模块 213
8.4 独立关节PID 运动控制器 216
8.5 PID 控制器的离散化 219
8.6 多轴运动控制器应用实例：精密扫描平台的运动
伺服控制 224
习题 229

第9章 操作臂动力学建模 230
9.1 质量与惯性张量 231
9.2 操作臂动力学建模 236
9.3 操作臂驱动空间的动力学模型 243
9.4 操作臂操作空间的动力学模型 249
习题 252

第10章 基于动力学的操作臂运动控制 253
10.1 机器人控制问题概述 254
10.2 分散运动控制 257
10.3 误差动力学方程 265
10.4 基于逆动力学模型的运动控制 274
10.5 基于操作空间动力学模型的运动控制简介 280
习题 285

参考文献 286