机器人动力学与系统控制

译者序
前言
第1章　绪论1
　1.1　写作目的1
　1.2　机器人系统的起源3
　1.3　机器人系统的总体结构4
　1.4　机械手5
　　1.4.1　机械手的典型结构6
　　1.4.2　机械手的分类7
　　1.4.3　机械手示例9
　　1.4.4　球形手腕12
　　1.4.5　关节型机器人13
　1.5　移动机器人13
　　1.5.1　仿人机器人13
　　1.5.2　自主地面车辆14
　　1.5.3　无人机15
　　1.5.4　自主海上航行器15
　1.6　机器人动力学与控制问题概述16
　　1.6.1　正向运动学17
　　1.6.2　逆向运动学18
　　1.6.3　正向动力学18
　　1.6.4　逆向动力学和反馈控制19
　　1.6.5　机器人车辆的动力学与控制20
　1.7　本书主要内容20
　1.8　习题21
第2章　运动学基础23
　2.1　基和坐标系23
　　2.1.1　N-元组和M×N阵列24
　　2.1.2　向量、基和坐标系25
　2.2　旋转矩阵31
　2.3　旋转矩阵的参数化33
　　2.3.1　单轴旋转34
　　2.3.2　旋转矩阵的级联36
　　2.3.3　欧拉角37
　　2.3.4　轴角度参数化42
　2.4　位置、速度和加速度44
　2.5　角速度和角加速度49
　　2.5.1　角速度49
　　2.5.2　角加速度53
　2.6　运动学理论53
　　2.6.1　角速度的加法53
　　2.6.2　相对速度55
　　2.6.3　相对加速度56
　　2.6.4　常见坐标系58
　2.7　习题60
　　2.7.1　关于N-元组和M×N数组的习题60
　　2.7.2　关于向量、基和坐标系的习题61
　　2.7.3　关于旋转矩阵的习题62
　　2.7.4　关于位置、速度和加速度的习题65
　　2.7.5　关于角速度的习题65
　　2.7.6　关于运动学理论的习题66
　　2.7.7　关于相对速度和加速度的习题66
　　2.7.8　关于常见坐标系的习题68
第3章　机器人系统运动学69
　3.1　齐次变换与刚体运动69
　3.2　理想关节73
　　3.2.1　移动关节74
　　3.2.2　转动关节74
　　3.2.3　其他理想关节75
　3.3　Denavit-Hartenberg约定77
　　3.3.1　DH约定中的运动链与编号77
　　3.3.2　DH约定中坐标系的定义78
　　3.3.3　DH约定中的齐次变换78
　　3.3.4　DH步骤80
　　3.3.5　DH约定中的角速度与速度84
　3.4　正向运动学的递归O(N)公式87
　　3.4.1　速度和角速度的递归计算89
　　3.4.2　效率和计算成本91
　　3.4.3　加速度和角加速度的递归计算94
　3.5　逆向运动学104
　　3.5.1　可解性104
　　3.5.2　解析法106
　　3.5.3　优化方法115
　　3.5.4　逆速度运动学119
　3.6　习题120
　　3.6.1　关于齐次变换的习题120
　　3.6.2　关于理想关节及约束的习题121
　　3.6.3　关于DH约定的习题122
　　3.6.4　关于运动链角速度和速度的习题122
　　3.6.5　关于逆向运动学的习题125
第4章　牛顿欧拉方程126
　4.1　刚体的线性动量126
　4.2　刚体的角动量129
　　4.2.1　基本原理129
　　4.2.2　角动量和惯性133
　　4.2.3　惯性矩阵的计算136
　4.3　牛顿欧拉方程146
　4.4　刚体的欧拉方程149
　4.5　机械系统的运动方程150
　　4.5.1　总体方法150
　　4.5.2　受力图151
　4.6　控制方程的结构：牛顿欧拉方程164
　　4.6.1　微分代数方程164
　　4.6.2　常微分方程166
　4.7　递归牛顿欧拉方程167
　4.8　运动方程的递归推导173
　4.9　习题175
　　4.9.1　关于线性动量的习题175
　　4.9.2　关于质心的习题177
　　4.9.3　关于惯性矩阵的习题179
　　4.9.4　关于角动量的习题180
　　4.9.5　关于牛顿欧拉方程的习题181
第5章　分析力学182
　5.1　哈密顿原理182
　　5.1.1　广义坐标182
　　5.1.2　泛函与变分法183
　　5.1.3　保守系统的哈密顿原理186
　　5.1.4　刚体的动能191
　5.2　保守系统的拉格朗日方程194
　5.3　哈密顿扩展原理196
　5.4　用于机器人系统的拉格朗日方程207
　　5.4.1　自然系统207
　　5.4.2　拉格朗日方程和D-H约定210
　5.5　约束系统212
　5.6　习题215
　　5.6.1　关于哈密顿原理的习题215
　　5.6.2　关于拉格朗日方程的习题217
　　5.6.3　关于哈密顿扩展原理的习题217
　　5.6.4　关于约束系统的习题221
第6章　机器人系统的控制222
　6.1　控制问题的结构222
　　6.1.1　定点和跟踪反馈控制问题223
　　6.1.2　开环和闭环控制223
　　6.1.3　线性与非线性控制223
　6.2　稳定性理论的基础224
　6.3　先进稳定性理论技术229
　6.4　李雅普诺夫直接方法230
　6.5　不变性原则232
　6.6　动态逆或计算力矩方法236
　6.7　近似动态逆和模糊性243
　6.8　基于无源性的控制器253
　6.9　执行器模型256
　　6.9.1　电动