机器人运动学与控制：理论基础与方法

# 机器人运动学与控制
## 第一章 绪论
### 1.1 机器人的起源与发展
- 机器人学的概念存在3000多年
- 阿西莫夫的“机器人三守则”
- 机器人学的发展历史
  - 早期机械装置
  - 现代机器人技术的兴起
### 1.2 机器人分类
- 连接方式分类
  - 串联型
  - 并联型
  - 混联型机器人
- 移动性分类
  - 固定式机器人
  - 自动导向车辆 (AGVs)
  - 服务机器人
  - 社交机器人
  - 场地机器人
  - 检查、侦察、监视和探测机器人
- 控制方式分类
  - 非伺服机器人
  - 伺服控制机器人
- 几何结构分类
  - 笛卡尔坐标
  - 柱面坐标
  - 极坐标
  - 球面坐标
  - 关节式球面坐标
- 智能程度分类
  - 一般机器人
  - 智能机器人
- 用途分类
  - 工业机器人
  - 探索机器人
  - 服务机器人
  - 军事机器人
### 1.3 机器人学综述
- 机器人运动学技术
  - 正运动学问题
  - 逆运动学问题
- 位姿描述
- 操作臂正运动学
- 操作臂逆运动学
- 机器人静力学与动力学技术
  - 静力学分析
  - 动力学分析
- 机器人感知与物体识别技术
- 机器人定位与地图构建
- 机器人的规划与避障技术
- 机器人控制技术
  - 关节空间控制
  - 工作空间控制
  - 力控制
- 机器人驱动与编程技术
  - 电动执行装置
  - 液压执行装置
  - 气动执行装置
  - 新型执行装置
  - 编程方式与编程语言
## 第二章 机器人数学基础
### 2. 齐次坐标及位姿矩阵
#### 2.1.1 齐次坐标
- 齐次坐标定义
- 点的齐次坐标
- 刚体的齐次坐标
#### 2.1.2 位姿矩阵
- 合并刚体的位置与姿态表达
- 旋转矩阵
- 位姿矩阵的性质
  - 行列式与可逆性
  - 旋转与平移的分离
##### 2.1.2.1 连杆的位姿
- 描述机器人连杆的位姿
##### 2.1.2.2 手部的位姿
- 描述机器人手部的位姿
##### 2.1.2.3 目标物的位姿
- 描述目标物的位姿
### 3. 齐次变换
#### 2.2.1 平移齐次变换
- 平移变换的描述
- 平移齐次坐标变换公式
#### 2.2.2 旋转齐次变换
##### 2.2.2.1 绕坐标轴的旋转变换
- 旋转变换的描述
##### 2.2.2.2 绕任意轴的旋转变换
- 描述任意轴的旋转变换
##### 2.2.2.3 转角与转轴的计算
- 计算旋转的角度与轴
#### 2.2.3 复合变换及左、右乘规则
- 复合变换定义
- 左乘和右乘的规则
## 第三章 机器人运动学分析
### 3.1 机器人运动学分析基础
- 运动学研究的内容
- 正向运动学
- 逆向运动学
- D-H方法
### 3.2 机器人坐标系的建立
#### Standard_DH坐标系
- 序号分配
- 坐标系的建立
- 参数描述
#### Modified_DH坐标系
- 序号和分配
- 坐标系的建立
### 3.3 相邻两连杆坐标系的位姿关系
- 位姿表达方式
- 位姿的确定
### 3.4 机器人正向运动学
- 运动方程推导
### 3.5 机器人逆向运动学
- 逆向运动学解的推导
- 多解性分析
- 求解方法
  - 数值方法
  - 解析方法
- 编程实现
- 机器人的退化问题
### 3.6 D-H表示法的基本问题
- D-H参数的定义
- 相关问题与限制
### 3.7 驱动空间、关节空间和笛卡尔空间
- 驱动空间的定义
- 关节空间的描述
- 笛卡尔空间的描述
- 智能移动小车空间转换
- 并联机构的转换方法