●第1章空間機械臂發展現狀及關鍵技術
1.1空間機械臂概述
1.1.1空間機械臂的研究意義
1.1.2空間機械臂的構成
1.1.3空間機械臂的分類
1.2空間機械臂國內外發展現狀
1.2.1國外典型空間機械臂繫統
1.2.2我國空間機械臂發展概況
1.2.3空間機械臂特性與功能
1.3空間機械臂應用分析
1.3.1空間機械臂應用需求分析
1.3.2空間機械臂應用技術分析
1.4空間機械臂規劃與控制關鍵技術
1.4.1空間機械臂運動學建模
1.4.2空間機械臂動力學建模
1.4.3空間機械臂任務規劃
1.4.4空間機械臂路徑規劃及軌跡優化
1.4.5空間機械臂接觸踫撞控制
1.4.6空間機械臂柔順控制
1.5小結
第2章空間機械臂運動學模型
2.1機械臂連杆間幾何關繫的描述方法
2.1.1T矩陣法
2.1.2D-H法
2.1.3MDH法
2.1.4MCPC法
2.1.5旋量法
2.1.6機械臂建繫方法總結
2.2空間機械臂位置級運動學問題
2.2.1空間機械臂位置級正運動學問題
2.2.2空間機械臂位置級逆運動學問題
2.3空間機械臂速度級運動學問題
2.3.1空間機械臂速度級正運動學問題
2.3.2空間機械臂速度級逆運動學問題
2.3.3算例：二自由度自由漂浮機械臂繫統運動學建模
2.4小結
第3章空間機械臂動力學模型
3.1機械臂動力學建模方法
3.1.1牛頓-歐拉（Newton-Euler）法
3.1.2拉格朗日法
3.1.3凱恩法
3.1.4空間算子代數法
3.1.5哈密爾頓法
3.1.6機械臂動力學建模方法總結
3.1.7典型動力學建模方法在空間機械臂上的應用
3.2機械臂柔性動力學建模方法
3.2.1基於假設模態法的機械臂柔性動力學建模方法
3.2.2基於集中質量法的機械臂柔性動力學建模方法
3.2.3基法的機械臂柔性動力學建模方法
3.2.4機械臂柔性變形表征方法總結
3.2.5典型柔性動力學建模方法在空間機械臂上的應用
3.3小結
第4章空間機械臂任務規劃
4.1空間機械臂任務規劃框架
4.2基於分層任務網絡的機械臂任務規劃方法
4.2.1分層任務網絡規劃器介紹
4.2.2空間機械臂分層任務網絡規劃域
4.2.3空間機械臂分層任務網絡求解
4.2.4仿真算例
4.3基於改進圖規劃算法的機械臂任務規劃方法
4.3.1機械臂任務規劃要素表征
4.3.2基於模擬退火算法圖拓展改進
4.3.3多約束條件下融合多目標的任務規劃解提取
4.3.4仿真算例
4.4小結
第5章空間機械臂路徑規劃
5.1關節空間路徑規劃
5.1.1基於梯形速度插值的路徑規劃
5.1.2基於多項式插值的路徑規劃
5.1.3仿真算例
5.2笛卡爾空間路徑規劃
5.2.1點到點路徑規劃
5.2.2連續跟蹤路徑規劃
5.2.3基於視覺伺服的路徑規劃
5.2.4仿真算例
5.3非完整路徑規劃
5.3.1非完整路徑規劃數學描述
5.3.2非完整路徑規劃問題求解
5.3.3仿真算例
5.4小結
第6章空間機械臂軌跡優化基本理論
6.1空間機械臂軌跡優化模型建立
6.1.1優化目標
6.1.2約束條件
6.1.3軌跡優化模型
6.2空間機械臂軌跡優化問題求解
6.2.1單目標軌跡優化方法
6.2.2多目標軌跡優化方法
6.3仿真算例
6.4小結
第7章考慮運動特性的空間機械臂軌跡優化
7.1空間機械臂避奇異軌跡規劃
7.1.1空間機械臂奇異問題轉化
7.1.2空間機械臂奇異條件分析
7.1.3基於修改末端速度的空間機械臂避奇異軌跡規劃
7.1.4仿真算例
7.2空間機械臂避障軌跡規劃
7.2.1基於A*算法的空間機械臂構型空間避障軌跡規劃
7.2.2基於多傳感器信息的空間機械臂實時避障運動規劃
7.2.3仿真算例
7.3空間機械臂重復運動規劃
7.3.1空間機械臂重復運動優化算子
7.3.2基於重復運動優化算子的空間機械臂重復運動規劃
7.3.3仿真算例
7.4小結
第8章典型工況下空間機械臂軌跡優化
8.1空間機械臂低速運動軌跡優化
8.1.1低速運動特性軌跡影響因素分析
8.1.2低速空載運動軌跡優化
8.1.3低速重載運動軌跡優化
8.2空間機械臂負載操作軌跡優化
8.2.1空間機械臂負載能力評估
8.2.2面向大負載點到點規劃任務的空間機械臂軌跡優化
8.2.3面向大負載連續軌跡跟蹤任務的空間機械臂軌跡優化
8.3小結
第9章空間機械臂接觸踫撞控制
9.1空間機械臂接觸踫撞動力學方程
9.1.1空間機械臂離散接觸踫撞動力學方程
9.1.2空間機械臂連續接觸踫撞動力學方程
9.1.3仿真算例
9.2空間機械臂踫前構型優化
9.2.1空間機械臂構型優化目標函數建立
9.2.2空間機械臂構型優化策略設計
9.2.3仿真算例
9.3空間機械臂踫後穩定控制
9.3.1空間機械臂末端位姿補償控制
9.3.2空間機械臂基座姿態自運動調整
9.3.3仿真算例
9.4小結
第10章空間機械臂柔順控制
10.1機械臂柔順控制方法
10.1.1力/位混合控制方法
10.1.2阻抗控制方法
10.1.3自適應控制方法
10.1.4機械臂柔順控制方法總結
10.2環境干擾力作用下空間機械臂接觸力柔順控制
10.2.1已知環境干擾力作用下的接觸力柔順控制
10.2.2未知環境干擾力作用下的接觸力柔順控制
10.3不確定模型下空間機械臂自適應柔順控制
10.3.1不確定機械臂動力學模型下的自適應柔順控制
10.3.2不確定環境剛度模型下的自適應柔順控制
10.4小結

本書基於作者多年來承擔航天領域重大項目及其他重量項目過程中取得的研究成果，對空間機械臂的建模、規劃及控制等相關基本理論和方法進行了繫統深入的論述：首先介紹了空間機械臂運動學及動力學建模方法，在此基礎上對空間機械臂任務規劃、路徑規劃、軌跡優化的基本理論及其在多種任務需求下的具體應用進行了詳細介紹，最後在控制層面對空間機械臂接觸踫撞控制以及柔順控制進行了闡述。書中的理論方法緊密結合實際，可用於解決目標捕獲、在軌組裝與服務、星表樣品采集等任務中涉及到的空間機械臂技術問題。書中涉及的理論及方法大多已發表在國際很好期刊、國際很好學術會議論文集中，並在我國航天型號項目中得到了實際應用，具備較強的創新性和使用價值。本書可作為高等院校相關專業研究生和高年級本科生的教材，也可供從事空間機器人技術研究及應用的研發人員及工程技術人員參考。