第1篇基礎(chǔ)理論篇
第1章機(jī)器人概論1
1.1機(jī)器人概念1
1.1.1定義1
1.1.2外觀類型1
1.1.3機(jī)器人三原則5
1.2機(jī)器人類型5
1.2.1按應(yīng)用領(lǐng)域分類5
1.2.2按運(yùn)動形式分類5
1.2.3按控制方式分類6
1.2.4按機(jī)械結(jié)構(gòu)形式分類6
1.2.5按坐標(biāo)系分類7
1.2.6按驅(qū)動裝置分類8
1.3機(jī)器人的組成與工作原理8
1.3.1機(jī)器人硬件系統(tǒng)的組成8
1.3.2機(jī)器人軟件系統(tǒng)的組成11
1.3.3機(jī)器人的工作原理16
1.4機(jī)器人的歷史與發(fā)展16
1.4.1機(jī)器人的歷史16
1.4.2機(jī)器人的發(fā)展18
1.5工業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)18
1.5.1高精度機(jī)器人減速器18
1.5.2高性能交直流伺服電動機(jī)及驅(qū)動器20
1.5.3高性能機(jī)器人控制器20
1.5.4機(jī)器人操作系統(tǒng)20
1.5.5各部分占整個機(jī)器人的成本比例21
1.6工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈21
1.7國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人制造商21
本章小結(jié)22
思考與練習(xí)題23
參考文獻(xiàn)23
第2章剛體位姿描述和齊次變換24
2.1剛體位姿描述24
2.1.1位置的描述24
2.1.2姿態(tài)的描述24
2.1.3位姿的描述25
2.1.4手爪坐標(biāo)系25
2.2坐標(biāo)變換26
2.2.1坐標(biāo)平移26
2.2.2坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)26
2.2.3一般變換（平移 旋轉(zhuǎn)）28
2.2.4三維坐標(biāo)變換的幾個特例29
2.3旋轉(zhuǎn)變換通式和等效轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)角31
2.3.1旋轉(zhuǎn)變換通式31
2.3.2等效轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)角33
2.4齊次坐標(biāo)和齊次變換34
2.4.1引進(jìn)齊次坐標(biāo)34
2.4.2將復(fù)合變換式改寫為齊次變換式34
2.4.3繞坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的3個特殊齊次變換矩陣35
2.4.4齊次旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣35
2.4.5齊次變換矩陣的特點36
2.5工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)建立思路36
2.6坐標(biāo)變換應(yīng)用舉例37
2.6.1機(jī)器人與環(huán)境之間的坐標(biāo)變換37
2.6.2攝像機(jī)的坐標(biāo)系與坐標(biāo)的變換37
本章小結(jié)39
思考與練習(xí)題39
參考文獻(xiàn)40
第3章機(jī)器人運(yùn)動學(xué)41
3.1連桿參數(shù)和連桿坐標(biāo)系41
3.1.1機(jī)器人連桿和關(guān)節(jié)的概念41
3.1.2連桿參數(shù)41
3.1.3連桿坐標(biāo)系42
3.2用D-H方法建立機(jī)器人運(yùn)動學(xué)方程42
3.2.1D-H方法的概念與思路42
3.2.2用D-H方法建立連桿坐標(biāo)系的特點42
3.2.3相鄰連桿坐標(biāo)系變換43
3.2.4相鄰連桿坐標(biāo)系之間的齊次變換矩陣的進(jìn)一步解釋44
3.3機(jī)器人運(yùn)動學(xué)方程的形式與建立步驟45
3.3.1機(jī)器人運(yùn)動學(xué)方程的形式45
3.3.2機(jī)器人運(yùn)動學(xué)方程的建立步驟46
3.3.3用D-H方法建立機(jī)器人運(yùn)動學(xué)方程應(yīng)注意的問題46
3.4PUMA560機(jī)器人運(yùn)動學(xué)方程的建立過程48
3.4.1建立PUMA560機(jī)器人各連桿坐標(biāo)系和參考坐標(biāo)系48
3.4.2填寫連桿參數(shù)表48
3.4.3寫出相鄰連桿之間的齊次變換矩陣49
3.4.4寫出運(yùn)動學(xué)方程51
3.5機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)方程52
3.6機(jī)器人的逆運(yùn)動學(xué)問題52
3.6.1逆運(yùn)動學(xué)的概念52
3.6.2求逆解的過程53
3.6.3運(yùn)動學(xué)逆解的多解問題54
3.6.4求工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)逆解時需要關(guān)注的幾個問題54
3.7機(jī)器人運(yùn)動學(xué)方程建立實例55
3.7.1RV-M1機(jī)器人運(yùn)動學(xué)方程的建立55
3.7.2博實四自由度SCARA機(jī)器人運(yùn)動學(xué)方程的建立58
本章小結(jié)61
思考與練習(xí)題61
參考文獻(xiàn)64
第4章機(jī)器人動力學(xué)65
4.1為什么要學(xué)習(xí)機(jī)器人的動力學(xué)65
4.2幾個與動力學(xué)關(guān)聯(lián)較大的概念65
4.3用拉格朗日方法建立機(jī)器人的動力學(xué)方程67
4.3.1拉格朗日動力學(xué)方程67
4.3.2用拉格朗日方程解決問題的一般步驟68
4.3.3用拉格朗日方程解決問題的優(yōu)點68
4.3.4單自由度——小車彈簧系統(tǒng)68
4.3.5二自由度系統(tǒng)——小車彈簧擺系統(tǒng)69
4.3.6集中質(zhì)量雙連桿系統(tǒng)71
4.3.7二自由度機(jī)器人手臂（分布質(zhì)量）72
4.4多自由度機(jī)器人的動力學(xué)方程的建立75
4.4.1多自由度機(jī)器人的動力學(xué)方程的建立思路75
4.4.2PUMA560機(jī)器人的動力學(xué)方程75
4.5關(guān)節(jié)空間和操作空間的動力學(xué)方程76
4.5.1關(guān)節(jié)空間動力學(xué)方程76
4.5.2操作空間動力學(xué)方程76
4.5.3操作力矩方程76
4.5.4雅可比矩陣76
4.5.5末端操作力與關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩之間的關(guān)系78
本章小結(jié)80
思考與練習(xí)題80
參考文獻(xiàn)81
第5章軌跡規(guī)劃82
5.1軌跡規(guī)劃概述82
5.2軌跡規(guī)劃的基本原理83
5.2.1關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃原理83
5.2.2直角坐標(biāo)空間軌跡規(guī)劃原理84
5.3關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃84
5.3.1三次多項式軌跡規(guī)劃84
5.3.2五次多項式軌跡規(guī)劃86
5.4直角坐標(biāo)空間的軌跡規(guī)劃87
5.5連續(xù)軌跡記錄90
本章小結(jié)90
思考與練習(xí)題90
參考文獻(xiàn)90
第2篇工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)篇
第6章工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)91
6.1工業(yè)機(jī)器人的組成91
6.1.1工業(yè)機(jī)器人的概念與總體組成91
6.1.2機(jī)械結(jié)構(gòu)93
6.1.3各種驅(qū)動裝置95
6.1.4各種傳感器96
6.1.5各種控制器97
6.2工業(yè)機(jī)器人的工作原理98
6.2.1任務(wù)分析98
6.2.2軌跡規(guī)劃99
6.2.3編程與調(diào)試99
6.2.4機(jī)器人運(yùn)行99
6.3工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)100
6.3.1機(jī)器人配置形式100
6.3.2總體結(jié)構(gòu)與運(yùn)動101
6.3.3坐標(biāo)結(jié)構(gòu)形式102
6.3.4基座和腰部103
6.3.5上下臂與連桿裝配105
6.3.6機(jī)器人的手腕105
6.3.7手爪結(jié)構(gòu)106
6.3.8關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)形式108
6.3.9機(jī)器人中常用的機(jī)械傳動裝置109
6.4機(jī)器人結(jié)構(gòu)的圖形符號表示111
6.4.1常用符號表示111
6.4.2機(jī)器人圖形符號表示舉例112
6.5工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)112
6.6幾種典型的工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)115
6.6.1RV-M1機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)115
6.6.2博實四自由度SCARA機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)117
6.6.3匯博多控模塊化機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)120
本章小結(jié)124
思考與練習(xí)題124
參考文獻(xiàn)124
第7章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)125
7.1機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能125
7.2機(jī)器人控制系統(tǒng)的類型126
7.2.1按控制器不同分類126
7.2.2按驅(qū)動裝置不同分類128
7.3機(jī)器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)130
7.3.1分級分布式控制130
7.3.2獨立關(guān)節(jié)控制132
7.3.3關(guān)節(jié)控制132
7.4機(jī)器人控制系統(tǒng)的分析方法134
7.5基于傳遞函數(shù)的單關(guān)節(jié)位置控制伺服系統(tǒng)分析134
7.5.1機(jī)器人關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（傳遞函數(shù)法）134
7.5.2單關(guān)節(jié)位置控制系統(tǒng)分析137
7.6機(jī)器人控制系統(tǒng)的實例137
7.6.1RV-M1機(jī)器人的控制系統(tǒng)137
7.6.2博實四自由度SCARA機(jī)器人控制系統(tǒng)140
7.6.3匯博多控模塊化機(jī)器人的控制系統(tǒng)143
本章小結(jié)146
思考與練習(xí)題146
參考文獻(xiàn)147
第8章機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)148
8.1機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)的概述148
8.1.1機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)的組成148
8.1.2機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)的工作過程149
8.1.3機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)的類型152
8.1.4機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵問題154
8.2機(jī)器人視覺系統(tǒng)154
8.2.1視覺系統(tǒng)的圖像采集處理過程154
8.2.2視覺系統(tǒng)的組成155
8.2.3兩種數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的工作原理161
8.3機(jī)器人視覺圖像處理167
8.3.1視覺圖像處理的對象167
8.3.2視覺圖像處理的目的167
8.3.3視覺圖像處理的基本理論167
8.3.4視覺圖像處理的方法168
8.3.5視覺圖像處理的基本方法和MATLAB程序169
8.4機(jī)器人視覺圖像分析與識別180
8.4.1圖像識別的概念與常用方法180
8.4.2特征識別181
8.4.3生物識別技術(shù)181
8.5機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題183
8.5.1標(biāo)定問題183
8.5.2定位問題187
8.6機(jī)器人視覺圖像處理與分析識別的常用軟件187
8.6.1視覺圖像處理與分析常用軟件簡介187
8.6.2機(jī)器人視覺主要應(yīng)用場景193
8.7機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)實例199
8.7.1博實四自由度SCARA機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)組成199
8.7.2博實四自由度SCARA機(jī)器人視覺伺服控制系統(tǒng)控制程序的開發(fā)設(shè)計204
本章小結(jié)205
思考與練習(xí)題206
參考文獻(xiàn)206
第9章機(jī)器人編程207
9.1概述207
9.1.1機(jī)器人編程的意義207
9.1.2機(jī)器人編程系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)的功能207
9.1.3機(jī)器人編程類型207
9.2示教編程207
9.2.1示教編程的類型207
9.2.2示教編程的過程209
9.2.3示教裝置或軟件應(yīng)具備的基本功能209
9.3機(jī)器人語言209
9.3.1機(jī)器人語言的類型209
9.3.2機(jī)器人語言的發(fā)展過程210
9.3.3機(jī)器人語言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和基本功能215
9.4機(jī)器人離線編程215
9.4.1什么是機(jī)器人離線編程215
9.4.2離線編程與示教編程的對比216
9.4.3機(jī)器人離線編程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)216
9.4.4機(jī)器人離線編程的主要內(nèi)容216
9.5RV-M1機(jī)器人的編程216
9.5.1RV-M1機(jī)器人編程系統(tǒng)的硬件構(gòu)成216
9.5.2RV-M1機(jī)器人編程系統(tǒng)的軟件構(gòu)成217
9.5.3在線示教編程的操作順序217
9.5.4示教盒上各個按鈕開關(guān)的介紹217
9.5.5在線編程軟件——COSIPROG219
9.5.6離線編程與仿真軟件——COSIMIR221
9.5.7三菱RV-M1機(jī)器人的指令系統(tǒng)223
9.5.8三菱RV-M1機(jī)器人樣例程序一224
9.5.9三菱RV-M1機(jī)器人樣例程序二225
9.6博實四自由度SCARA機(jī)器人的編程227
9.6.1博實四自由度SCARA機(jī)器人編程系統(tǒng)組成227
9.6.2RBT-4S01S——機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件功能227
9.6.3MAC-3002SSP4系列伺服電動機(jī)控制卡調(diào)試系統(tǒng)227
9.6.4機(jī)器人示教再現(xiàn)的過程229
本章小結(jié)229
思考與練習(xí)題229
參考文獻(xiàn)230
第3篇工業(yè)機(jī)器人實戰(zhàn)與應(yīng)用篇
第10章工業(yè)機(jī)器人設(shè)計實戰(zhàn)231
10.1工業(yè)機(jī)器人設(shè)計概述231
10.1.1什么是設(shè)計231
10.1.2工業(yè)機(jī)器人設(shè)計思想231
10.1.3機(jī)械電子系統(tǒng)的設(shè)計特點232
10.1.4嵌入式物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)設(shè)計233
10.1.5工業(yè)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計理念243
10.1.6工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計理念245
10.2工業(yè)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計246
10.2.1工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)特點246
10.2.2驅(qū)動裝置246
10.2.3機(jī)械傳動裝置255
10.2.4空間坐標(biāo)結(jié)構(gòu)形式的選擇256
10.2.5安裝方式的選擇257
10.2.6手部設(shè)計257
10.2.7手腕設(shè)計260
10.2.8臂部設(shè)計261
10.2.9機(jī)身設(shè)計263
10.2.10工業(yè)機(jī)器人的機(jī)座結(jié)構(gòu)265
10.2.11平衡系統(tǒng)設(shè)計267
10.2.12緩沖與定位機(jī)構(gòu)267
10.2.13材料的選擇268
10.3工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計268
10.3.1工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動控制過程268
10.3.2工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動控制系統(tǒng)的總體架構(gòu)269
10.3.3工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方式270
10.3.4工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計272
10.3.5工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計277
10.3.6智能機(jī)器人控制系統(tǒng)278
10.4工業(yè)機(jī)器人設(shè)計實例278
10.4.1RV-M1機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)278
10.4.2RV-M1機(jī)器人的控制系統(tǒng)279
10.4.3匯博多控模塊化機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計282
10.4.4匯博多控模塊化機(jī)器人的控制系統(tǒng)282
本章小結(jié)284
思考與練習(xí)題285
參考文獻(xiàn)285
第11章工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用286
11.1智能制造系統(tǒng)286
11.1.1制造技術(shù)的定義286
11.1.2工業(yè)革命的發(fā)展286
11.1.3智能制造287
11.2信息物理系統(tǒng)292
11.3機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用297
本章小結(jié)301
思考與練習(xí)題301
參考文獻(xiàn)301
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