本書首先對機器人機構學分析的重要工具——螺旋理論、線矢量、螺旋運動、力螺旋及螺旋相關性和相逆性進行了闡述，并以此為基礎，深入地講述了機器人機構拓撲結構分析的基本理論和方法，主要包括串聯(lián)機器人機構、單回路機器人機構及并聯(lián)機器人機構的拓撲結構特征與綜合。其中，對動平臺輸出為3T-0R和0T-3R的兩類并聯(lián)機器人進行了重點介紹。最后，本書敘述了腿式移動機器人和輪式移動機器人的運動機構。本書適合作為高等學校機器人工程相關專業(yè)的本科生教材，也可作為研究生和機器人工程技術人員的參考用書。
劉宇，男，博士，教授/博士生導師，就職于哈爾濱工業(yè)大學機電學院機器人研究所。先后主持參加國家自然科學基金重點項目、863重點項目20余項。獲得中國人民解放軍科技進步一等獎一項。研究領域主要包括：空間機器人、冗余度機器人、并聯(lián)機器人、移動機器人等。
第1章 緒論 1
1.1 現(xiàn)代機械系統(tǒng) 1
1.1.1 組成 1
1.1.2 機器人設計的一般過程 2
1.2 機器人機構學 2
1.2.1 拓撲結構研究現(xiàn)狀 4
1.2.2 主要特點 5
1.2.3 研究的基本問題 5
1.2.4 適用的理論方法 7
1.3 本書主要內容、特點與建議 7
1.3.1 主要內容 7
1.3.2 特點與建議 8
習題 10
第2章 螺旋理論基礎 11
2.1 點、線、面的齊次表示 12
2.1.1 點的齊次坐標 12
2.1.2 直線的矢量方程 12
2.1.3 平面的矢量方程 15
2.2 點、線、面的相互關系及兩直線的互矩 17
2.2.1 直線與平面的交點 17
2.2.2 兩平面的交線 18
2.2.3 兩直線的互矩 18
2.2.4 兩直線的交點 19
2.2.5 兩直線的公法線 20
2.3 線矢量及螺旋 21
2.4 螺旋的代數運算 23
2.4.1 螺旋的數乘運算 23
2.4.2 兩螺旋的加法運算 24
2.4.3 兩螺旋的互易積 25
2.5 剛體的瞬時螺旋運動 25
2.5.1 剛體的瞬時轉動 25
2.5.2 剛體的瞬時移動 26
2.5.3 剛體的運動合成 27
2.6 剛體上作用的力螺旋 29
2.6.1 剛體上的作用力 29
2.6.2 剛體上作用的力偶 30
2.6.3 剛體上作用力的合成 30
習題 33
第3章 螺旋的相關性和相逆性 34
3.1 螺旋系及其基本定理 34
3.1.1 基本定義 34
3.1.2 螺旋系串聯(lián)定理 35
3.1.3 單回路運動鏈的螺旋方程 35
3.1.4 螺旋系并聯(lián)定理 36
3.2 螺旋的相關性 36
3.2.1 螺旋相關性定義 36
3.2.2 秩判定方法 37
3.2.3 幾何條件判定方法 37
3.3 串聯(lián)機器人螺旋運動方程 44
3.4 螺旋的相逆性 46
3.4.1 反螺旋的定義 46
3.4.2 反螺旋系 49
3.4.3 反螺旋和被約束的運動 56
3.4.4 約束線矢力作用下存在的特殊轉動 58
習題 64
第4章 串聯(lián)機器人機構拓撲結構特征與綜合 65
4.1 串聯(lián)機器人機構拓撲結構特征 65
4.1.1 串聯(lián)機器人機構結構組成及其符號表示 65
4.1.2 串聯(lián)機器人機構的活動度公式 68
4.1.3 串聯(lián)機器人機構運動輸出特征矩陣 68
4.2 串聯(lián)機器人機構運動輸出特征方程 71
4.2.1 運動螺旋的矩陣表示 71
4.2.2 運動副的運動輸出特征矩陣 72
4.2.3 串聯(lián)機器人機構運動輸出特征方程求解 74
4.3 串聯(lián)機器人機構運動輸出特征矩陣運算 75
4.3.1 運動輸出特征矩陣運算規(guī)則 75
4.3.2 運算示例 77
4.3.3 運動副軸線特殊配置類型及其運動輸出特征 79
4.4 串聯(lián)機器人機構的拓撲結構綜合 82
4.4.1 拓撲結構綜合主要步驟 82
4.4.2 拓撲結構綜合示例 83
4.4.3 串聯(lián)機器人機構的拓撲結構類型 87
習題 89
第5章 單回路機器人機構拓撲結構特征與綜合 91
5.1 單回路機器人機構過約束性及其分類 91
5.2 過約束回路秩的判定 93
5.2.1 基本原理 93
5.2.2 求秩示例 94
5.3 單回路機器人機構的活動度與運動副特性 96
5.3.1 活動度公式 96
5.3.2 消極運動副及其判定 97
5.3.3 主動副及其判定 99
5.4 一般過約束回路拓撲結構綜合 100
5.4.1 基本原理 100
5.4.2 拓撲結構綜合主要步驟 100
5.4.3 一般過約束回路拓撲結構類型 103
5.5 特殊過約束回路研究簡介 104
5.5.1 特殊過約束回路主要特點 104
5.5.2 主要研究方法 105
5.5.3 典型特殊過約束回路及其存在條件 105
習題 107
第6章 并聯(lián)機器人機構拓撲結構特征與綜合 108
6.1 并聯(lián)機器人機構結構組成 108
6.1.1 并聯(lián)機器人機構結構分解 108
6.1.2 支路基本類型 109
6.1.3 并聯(lián)機器人機構結構組成的符號表示 111
6.2 機構活動度 111
6.2.1 活動度公式 111
6.2.2 虛約束類型及其判定 113
6.2.3 消極運動副及其判定 115
6.3 并聯(lián)機器人機構運動輸出 116
6.3.1 并聯(lián)機器人機構運動輸出特征矩陣 116
6.3.2 并聯(lián)機器人機構運動輸出特征方程 117
6.3.3 運動輸出特征矩陣的確定 119
6.3.4 支路運動副在靜平臺的配置 122
6.4 多回路機構耦合度 123
6.4.1 多回路機構結構組成 123
6.4.2 運動鏈約束度與機構耦合度 123
6.4.3 基本運動鏈及其判定 126
6.5 活動度類型與控制解耦原理 128
6.5.1 活動度類型及判定 128
6.5.2 運動輸入-輸出控制解耦原理 129
6.6 主動副位置及其判定 130
6.6.1 主動副數目 130
6.6.2 主動副判定準則 131
6.7 并聯(lián)機器人機構拓撲結構綜合方法 132
6.7.1 基本方法與功能要求 132
6.7.2 拓撲結構綜合的一般過程 133
習題 134
第7章 3T-0R并聯(lián)機器人機構拓撲結構綜合與分類 135
7.1 支路結構類型與支路組合 135
7.1.1 單開鏈支路結構類型 135
7.1.2 混合單開鏈支路結構類型 136
7.1.3 支路組合方案 139
7.2 3T-0R并聯(lián)機器人機構拓撲結構綜合 140
7.2.1 支路為單開鏈的拓撲結構綜合 140
7.2.2 支路為混合單開鏈的拓撲結構綜合 146
7.3 3T-0R并聯(lián)機器人機構拓撲結構類型及其分類 149
7.3.1 拓撲結構基本類型及其擴展 149
7.3.2 基于瞬時運動輸出特性的拓撲結構類型 154
7.3.3 拓撲結構特征及其分類 158
習題 158
第8章 0T-3R并聯(lián)機器人機構拓撲結構綜合與分類 159
8.1 支路結構類型與支路組合 159
8.1.1 單開鏈支路結構類型 159
8.1.2 混合單開鏈支路結構類型 161
8.1.3 支路組合方案 163
8.2 0T-3R并聯(lián)機器人機構拓撲結構綜合 163
8.2.1 支路僅為單開鏈的拓撲結構綜合 163
8.2.2 支路有混合單開鏈的拓撲結構綜合 168
8.3 0T-3R并聯(lián)機器人機構拓撲結構類型及其分類 173
8.3.1 拓撲結構類型 173
8.3.2 拓撲結構特征及其分類 176
習題 177
第9章 移動機器人的運動機構 178
9.1 概述 178
9.2 運動的關鍵問題 180
9.3 腿式移動機器人 181
9.3.1 腿的數目 182
9.3.2 單腿的自由度 182
9.3.3 步態(tài)規(guī)劃 183
9.3.4 運動機構 185
9.4 輪式移動機器人 195
9.4.1 輪子的類型 195
9.4.2 常見的輪式移動機器人底盤結構(運動機構形式) 196
9.4.3 設計所考慮的關鍵問題 199
9.5 輪腿混合移動機器人 201
習題 203
參考文獻 204
書單推薦
