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第一章 绪论1

第一节 制造科学3

一、制造信息的表示、获取和传递3

二、制造经验、技能和知识的信息化4

三、制造中的计算机几何5

四、计算制造和虚拟制造5

五、虚拟装配7

第二节 机器人操作的若干基础问题8

一、机器人基本操作8

二、约束运动规划9

三、装配规划10

四、形封闭与力封闭11

五、主动顺应与被动顺应12

第三节 本书内容提要13

一、机器人操作的数理基础13

二、机器人多指操作14

三、机器人装配操作15

参考文献16

第二章 C-空间21

第一节 刚体的C-空间23

一、旋转群23

二、C-空间定义25

三、切空间27

第二节 旋转群的参数化28

一、旋转运动的指数坐标29

二、欧拉角和RPY角31

三、四元数32

第三节 欧拉群的参数化34

一、齐次坐标与齐次变换34

二、刚体运动的指数坐标36

三、绕固定轴转动的旋量坐标39

第四节 C-障碍物41

一、定义和拓扑性质41

二、多边形的C-障碍物44

三、多面体的C-障碍物48

四、刀具姿态的C-空间表示50

第五节 机器人的C-空间52

一、点障碍物53

二、圆盘障碍物54

三、PUMA560机器人55

四、运动规划的C-空间表示58

第六节 附录：矢量的点积和叉积58

参考文献59

第三章 线矢量和旋量61

第一节 线矢量63

一、Plucker坐标63

二、Klein映射65

三、几种特殊的线族67

四、复合丛的交69

一、螺旋运动70

五、法线复合丛的物理含义和应用70

第二节 运动旋量70

二、螺旋与旋量的关系72

三、旋量的性质75

第三节 力旋量76

一、纯力作用与线矢量76

二、力旋量的螺旋坐标77

三、螺旋对的正置、顺置、倒置78

第四节 刚体运动速度80

一、质点运动速度80

二、刚体角速度81

三、刚体速度的旋量坐标82

四、绕固定轴旋转的运动速度84

五、复合运动的速度85

六、对偶关系86

第五节 点接触约束模型87

一、光滑点接触88

二、摩擦点接触89

三、软手指接触90

四、映射矩阵90

五、抓取矩阵92

参考文献92

第四章 并联机构与协调操作95

第一节 协调操作97

一、结构形式98

第二节 并联机构结构分析98

二、自由度计算100

三、结构方程103

第三节 并联机构的运动反解104

一、位姿反解104

二、逆雅可比106

第四节 并联机构位姿正解107

一、Newton迭代法108

二、搜索法110

三、封闭正解110

第五节 并联机构的奇异性和灵巧度113

一、并联机构的奇异性——位姿稳定性113

二、串联机器人的奇异性——降自由度形位114

三、并联机构滑跳现象的判别115

四、可操作性和灵巧度117

第六节 工作空间分析119

一、6-SPS平台结构参数与初始位姿120

二、6-SPS平台初始位姿的灵巧度121

三、6-SPS平台工作空间约束条件121

四、工作空间的定义124

五、工作空间的求解125

参考文献128

第五章 多指抓取规划131

一、抓取的分类133

第一节 人的抓取行为与机器人多指抓取操作133

二、抓取策略134

第二节 定性分析137

一、形封闭抓取137

二、力封闭抓取140

三、平衡抓取142

四、对偶关系143

五、可操作性与稳定性144

第三节 性能指标147

一、抓取稳定性指标147

二、抓取灵巧性指标150

一、接触点的布局规划151

第四节 多指抓取的最优布局151

二、应用举例152

第五节 多指抓取的力规划156

一、不等式约束156

二、线性约束158

三、目标函数159

第六节 抓取的动态稳定性160

一、被抓取物体的动力学方程160

二、动态稳定性的条件和评价指标164

参考文献169

第六章 多指手控制173

第一节 动力学控制176

一、多指手抓取的刚度分析178

第二节 顺应与刚度控制178

二、物体顺应中心180

三、多指手操作的顺应控制183

第三节 阻抗控制185

一、机器人阻抗控制的原理和实现185

二、手指的阻抗矩阵186

三、手指阻抗系数的合成188

四、多指手操作的阻抗控制190

第四节 自适应控制和智能控制193

一、自适应控制193

二、人工神经网络自适应控制194

三、模糊自适应控制197

参考文献200

第七章 装配顺序规划203

第一节 装配顺序规划概述205

一、装配顺序规划问题描述205

二、装配顺序的分类207

三、装配顺序规划系统组成209

第二节 产品装配建模210

一、装配建模所需的信息210

二、装配关系的表示方法211

三、装配建模过程212

第三节 装配顺序的表示214

一、装配状态和装配操作214

二、装配顺序的等价类215

三、装配顺序显性表示216

四、装配顺序隐性表示220

第四节 装配顺序产生222

一、优先约束法223

二、拆卸法225

三、无向阻塞图228

第五节 装配顺序评价与优化235

一、装配顺序规划约束分类235

二、典型的装配顺序评价准则237

三、装配顺序选择(优化)238

参考文献240

第八章 装配运动规划243

第一节 装配接触约束建模247

一、接触约束表示247

二、接触约束求解的多面凸锥方法249

三、装配接触约束求解示例250

四、接触状态解空间划分253

第二节 装配接触状态转移与推理255

一、接触约束网络生成算法255

二、接触状态转移运动求解258

三、准静态接触状态转移仿真261

第三节 不确定性下接触状态识别264

一、力传感信息不确定性模型264

二、接触状态的无摩擦平衡条件266

三、摩擦条件下接触状态判别267

四、接触状态可能性268

第四节 装配操作与顺应控制270

一、夹具力可装配性270

二、顺应控制规则271

三、接触约束状态力-速度映射277

四、顺应综合框架278

参考文献280

第九章 虚拟原型系统283

第一节 虚拟现实技术285

一、虚拟原型的概念288

第二节 虚拟原型技术一般概述288

二、虚拟原型系统体系结构289

三、虚拟原型的关键技术290

四、虚拟原型的应用291

第三节 虚拟装配293

一、多模式人机接口294

二、关键实现技术295

三、原型系统和简单实例297

四、利用增强现实技术评价装配顺序299

参考文献301

符号表303

中英文专用名词对照表309

索引313