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| 編輯推薦： |
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本书全面地阐述了机器人的运动学、动力学问题；内容结构清晰、通俗易懂；理论方法简明、易于掌握；公式推导严谨、详尽；算例丰富、图文并茂，是进行机器人学习、研究和应用开发的助手。
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| 內容簡介： |
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随着科技的发展，机构学和机器人技术受到了国内外学者和企事业单位的广泛关注。其中，开展机器人的运动学和动力学分析，是了解机器人运动本质、研究以及开发高性能机器人的首要任务，也是机器人系统高精度控制和实际应用的理论基础。《机器人运动学与动力学》主要包括机构学与机械动力学基础知识、机器人的位姿描述与齐次变换、螺旋理论基础、机器人运动学与雅可比矩阵、机器人动力学、刚性并联机器人的运动学与动力学，以及柔性并联机器人的动力学建模与分析、动力分析、虚拟样机仿真、动态特性分析和运动与动力规划等柔性机器人的运动学与动力学内容。《机器人运动学与动力学》可供从事机构学、机器人技术、机械工程、自动化等专业学习或研究的高校师生、科技人员以及工程技术人员阅读与参考。
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| 目錄：
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第1章绪论
1.1串联机器人与并联机器人
1.2柔性机器人
1.3机构学的发展阶段与机器人机构学的研究内容
1.3.1机构学的发展阶段
1.3.2机器人机构学的研究内容
1.3.3机器人动力学的研究内容
第2章机构学与机械动力学基础知识
2.1机构学的基础知识
2.1.1构件及其自由度
2.1.2运动副及其分类
2.1.3运动链与机构
2.1.4机构的活动度
2.1.5机器人机构的分类
2.2机械动力学的基础知识
2.2.1机械系统中常见的动力学问题
2.2.2机械动力学分析的一般过程
2.2.3机械系统的组成元件
2.2.4机械动力学建模的基本原理与方法
第3章机器人的位姿描述与齐次变换
3.1位姿描述
3.2点的映射
3.3齐次坐标与齐次变换
3.4运动算子
3.5变换矩阵的运算
3.6变换方程
3.7欧拉角与RPY角
3.8旋转变换通式
第4章螺旋理论基础
4.1点的矢量表示
4.2直线的矢量表示
4.3两点确定的直线方程及其普吕克坐标
4.4两直线的互矩
4.5线矢量与旋量
4.5.1线矢量
4.5.2旋量
4.5.3旋距
4.5.4旋量的运算
4.6速度旋量
4.7力旋量
4.8旋量的互易性
4.9旋量的相关性
4.9.1Grassmann线几何
4.9.2特殊情形下的旋量相关性
4.10旋量系
4.11反螺旋的物理意义
4.12机构的约束反螺旋与公共约束
4.13常见运动副的旋量表示
4.14机器人自由度分析
第5章机器人运动学与雅可比矩阵
5.1构件参数和运动副变量
5.2构件位姿描述与运动学方程
5.3驱动空间、关节空间和操作空间
5.4机器人系统的坐标系设定
5.5运动学反解
5.6速度与加速度变换
5.6.1速度变换
5.6.2机器人构件的速度描述
5.6.3雅可比矩阵
5.6.4加速度变换
5.7机器人的静力分析
5.7.1构件的静力方程
5.7.2等效关节力与力雅可比矩阵
5.8速度与静力的笛卡儿变换
第6章机器人动力学
6.1拉格朗日方程法
6.2牛顿-欧拉法
6.2.1构件的加速度描述
6.2.2力和力矩的递推
6.2.3牛顿-欧拉动力学方法的递推算法
6.2.4考虑重力的动力学算法
6.3关节空间与操作空间动力学方程
第7章刚性并联机器人的运动学和动力学
7.13-RRS并联机器人的运动学与动力学分析
7.1.13-RRS并联机器人的位姿分析
7.1.23-RRS并联机器人的运动学分析
7.1.33-RRS并联机器人的动力学分析
7.1.4算例分析
7.23-RRC并联机器人的运动学与动力学分析
7.2.13-RRC并联机器人的运动学分析
7.2.23-RRC并联机器人的动力学分析
7.2.3算例分析
7.33-2(PR)RS并联机器人的运动学与动力学分析
7.3.13-2(PR)RS并联机器人的位姿分析
7.3.23-2(PR)RS并联机器人的运动学分析
7.3.33-2(PR)RS并联机器人的动力学分析
7.3.4算例分析
第8章柔性并联机器人的动力学建模与分析
8.1柔性机器人动力学分析方法
8.23-RRS柔性并联机器人的动力学
8.2.1系统单元划分
8.2.2柔性构件的单元模型
8.2.3单元位移型函数
8.2.4单元动能
8.2.5单元变形能
8.2.6单元动力学方程
8.2.7支链动力学方程
8.2.8运动学约束
8.2.9动力学约束
8.2.10系统动力学方程
8.3方程求解
8.43-RRC与3-RSR柔性并联机器人的动力学建模简介
8.5算例分析
第9章柔性并联机器人的动力分析
9.1动态力分析
9.2构件动应力分析
9.3算例分析
第10章柔性并联机器人的虚拟样机仿真
10.1SAMCEF软件简介
10.2SAMCEF软件仿真流程
10.3柔性并联机器人的动态仿真
10.3.13-RRR柔性并联机器人仿真
10.3.23-RRS柔性并联机器人仿真
10.3.33-RSR柔性并联机器人仿真
10.3.43-RRC柔性并联机器人仿真
第11章柔性并联机器人的动态特性分析与优化
11.1频率特性分析
11.2阻尼振动特性分析
11.3构件参数的优化
11.3.1参数优化的数学模型
11.3.2算例分析
第12章柔性并联机器人的运动与动力规划
12.1初始位形优化
12.1.1插值函数分析
12.1.2算例分析
12.2输入运动规划
12.3动力规划
参考文献
附录
附录A角坐标系表示法的24种等价旋转矩阵
附录B空间柔性并联机器人动力学方程的相关矩阵261
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| 內容試閱：
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近年来，人们在卫星发射、空间站建设、月球或火星探测，乃至外星系观测等方面都取得了巨大进展，这对人类进一步探秘外太空生命体，以及拓展人类未来可能的新生存环境等奠定了良好基础。同时，人们也在加速对自身以及地球生物体的探究，比如克隆技术、人造器官、基因工程、神经网络、模式识别、机器人技术等，这些都极大地扩展了人们对自身结构或生命体智能和进化遗传的认知与应用。其中，机器人技术是20世纪人类最伟大的发明之一，其涉及机构学、力学、电子学、控制工程、传感技术、计算机科学、模式识别、人工智能、仿生学等广泛领域。机器人则是一种能够通过编程和自动控制来执行诸如作业或移动等任务的机器，在现代工业生产、生活中发挥着越来越重要的作用。从机器人的研究和发展的历程来看，可以分为几个类别： 由串联机器人到并联机器人，再到混联机器人乃至变胞机器人； 由刚性机器人到柔性机器人，再到软体机器人乃至微纳机器人； 由工业机器人到娱乐服务机器人，再到特种机器人乃至极限环境机器人等。近年来机器人研究与应用的广度与深度得到了急速扩展。
目前，机器人已被广泛应用于汽车、冶金、轻工、石化、电子、医药、航空、航天、农业、军工、服务业等52个行业大类和143个行业中类。机器人作为一类特殊的智能化精密机械装备，其研究、设计、制造、装配和应用程度，已成为衡量国家高端制造业水平和科研核心竞争力的重要标志之一。《中国机器人产业发展报告(2022)》显示，2021年我国机器人产业营收超过1300亿元，工业机器人产量达36．6万台，比2015年增长了10倍，成为全球第一大工业机器人市场。2023年2月28日，国家统计局发布《中华人民共和国2022年国民经济和社会发展统计公报》显示，2022年我国工业机器人产量为44．3万台，比2021年增长了21．0%，同时，我国机器人行业的人才缺口预测高达500万人。
为了适应现代科技和社会发展对机器人技术人才的急迫需要，国内外高校相继开展机器人相关课程以及机器人工程专业的建设和人才培养工作。机器人工程专业是面向新兴产业——机器人的“新工科”专业，位列我国《制造业人才发展规划指南》十大重点领域的第二位，是推进制造强国战略的重要支点。机器人技术及有关课程涉及机构学、机械动力学、电子技术、自动控制、人工智能、计算机、信息技术、通信工程等多个学科。其中，机器人的机械系统，是机器人系统中最重要和最基本的组成部分，是机器人实现各种运动、任务操作和指令执行等的主体，也是机器人研究和应用的基础。因此，进行机器人运动学和动力学的学习或研究，是促进机器人科学快速发展的重要基础工作之一。
近几十年来，国内学者在机构学和机器人技术方面取得了举世瞩目的丰硕成果，也出版了一系列优秀学术著作。本书主要阐述机器人运动学和动力学方面的内容，涉及串、并联机器人的刚体运动学、动力学基础知识和柔性机器人动力学的有关内容。需要指出的是，在本书的编写过程中参考借鉴了国内外机构学与机器人技术学者的研究成果等，在此表示衷心感谢！同时，感谢国家自然科学基金项目(51975571)和东营市科学发展基金项目(DJB2023050)的资助。
由于本人能力和经验的限制，书中难免存在疏漏之处，敬请读者和有关专家批评指正。
编者
2025年7月
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