智能机器人技术与产业系列规划丛书 AR新形态立方书教材 机器人技术及其应用 第2版PDF|Epub|txt|kindle电子书版本下载

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第1章 概述1

1.1 引言1

1.2 机器人的概念1

1.3 机器人发展历史3

1.3.1 机器人发展历程3

1.3.2 机器人发展现状7

1.3.3 机器人发展方向12

1.4 机器人分类14

1.4.1 固定式机器人15

1.4.2 移动式机器人18

思考题24

第2章 机器人的总体和机械结构设计25

2.1 机器人的基本组成及技术参数25

2.1.1 机器人的基本组成25

2.1.2 机器人的技术参数26

2.2 机器人总体设计30

2.2.1 系统分析30

2.2.2 技术设计30

2.2.3 仿真分析33

2.3 机器人机械系统设计33

2.3.1 机器人驱动方式33

2.3.2 关节驱动方式36

2.3.3 材料的选择38

2.4 传动部件设计39

2.4.1 关节39

2.4.2 传动件的定位和消隙42

2.4.3 机器人传动机构46

2.5 行走机构设计53

2.5.1 轮式机器人53

2.5.2 足式机器人55

2.5.3 履带式机器人59

2.5.4 其他行走机器人60

2.5.5 行走机构设计应注意的问题61

2.6 机身设计61

2.6.1 机身的典型结构61

2.6.2 机身驱动力（力矩）计算62

2.6.3 机身平衡系统64

2.6.4 机身设计要注意的问题65

2.7 臂部设计65

2.7.1 臂部设计的基本要求65

2.7.2 臂部的典型机构66

2.7.3 臂部运动驱动力计算67

2.8 腕部设计68

2.8.1 腕部的自由度和设计时应注意的问题68

2.8.2 腕部的典型结构69

2.8.3 腕部驱动力矩的计算72

2.9 手部设计73

2.9.1 机器人手部的功能73

2.9.2 手部的分类及工作原理73

2.9.3 空气负压式吸盘吸力的计算77

2.9.4 典型的机器人手爪78

2.9.5 关节式机械手设计81

思考题85

第3章 机器人运动学86

3.1 刚体的位姿描述86

3.1.1 位置的描述86

3.1.2 方位的描述87

3.1.3 位姿的描述87

3.1.4 手爪坐标系87

3.2 坐标变换88

3.2.1 坐标平移88

3.2.2 坐标旋转88

3.2.3 一般变换89

3.3 齐次坐标和齐次变换89

3.3.1 齐次坐标89

3.3.2 齐次变换90

3.4 齐次变换矩阵的运算91

3.5 机器人常用坐标系及变换方程93

3.6 欧拉变换与RPY变换95

3.6.1 欧拉角与欧拉变换95

3.6.2 RPY角与RPY变换96

3.6.3 机械手欧拉腕和RPY腕97

3.7 机器人连杆参数及D－H坐标变换98

3.7.1 连杆参数99

3.7.2 连杆坐标系及连杆的D－ H坐标变换100

3.8 机器人运动学方程101

3.8.1 运动学方程101

3.8.2 典型机器人运动学方程102

3.9 机器人逆运动学110

3.9.1 机器人运动学逆解有关问题110

3.9.2 典型臂运动学逆解111

3.9.3 机器人运动学逆解114

思考题117

第4章 微分运动和雅可比矩阵120

4.1 雅可比矩阵的定义120

4.2 微分运动与广义速度121

4.3 雅可比矩阵的构造法123

4.3.1 矢量积法124

4.3.2 微分变换法124

4.4 PUMA560机器人的雅可比矩阵126

4.5 斯坦福机器人的雅可比矩阵128

4.6 逆雅可比矩阵及广义逆雅可比矩阵129

4.6.1 逆雅可比矩阵129

4.6.2 广义逆（伪逆）雅可比矩阵129

4.6.3 雅可比矩阵的奇异性131

4.7 力雅可比131

4.8 加速度关系132

思考题132

第5章 机器人动力学134

5.1 牛顿—欧拉动力学方程134

5.1.1 连杆相对基座的运动学134

5.1.2 连杆运动学的递推关系式136

5.1.3 质心的速度和加速度136

5.1.4 连杆动力学递推关系式137

5.1.5 牛顿—欧拉运动方程138

5.1.6 改进牛顿—欧拉算法138

5.1.7 牛顿—欧拉动力学方程举例140

5.2 拉格朗日动力学142

5.2.1 拉格朗日函数143

5.2.2 机器人系统动能143

5.2.3 机器人系统势能143

5.2.4 拉格朗日方程143

5.2.5 拉格朗日动力学举例144

5.3 关节空间和操作空间动力学145

5.3.1 关节空间动力学方程145

5.3.2 操作空间动力学方程145

5.3.3 关节力矩—操作运动方程146

思考题146

第6章 轨迹规划和生成147

6.1 机器人规划基本概念147

6.1.1 机器人规划147

6.1.2 机器人轨迹规划148

6.2 关节空间法149

6.2.1 任务轨迹到关节轨迹的转换149

6.2.2 三次多项式函数插值150

6.2.3 抛物线连接的线性函数插值154

6.2.4 B样条轨迹规划159

6.2.5 时间最优轨迹规划160

6.3 直角坐标空间法163

6.3.1 线性函数插值163

6.3.2 圆弧插值165

6.3.3 定时插值与定距插值167

6.3.4 基于四元数的插值168

6.3.5 与关节空间法的比较170

6.4 轨迹的实时生成171

6.4.1 采用关节空间法时的轨迹生成171

6.4.2 采用直角坐标空间法的轨迹生成173

6.5 路径的描述174

6.6 进一步的规划研究174

6.6.1 利用动力学模型的轨迹规划174

6.6.2 任务规划175

思考题176

第7章 机器人运动与力控制177

7.1 机器人控制综述177

7.1.1 机器人控制系统的特性和基本要求177

7.1.2 机器人控制方法的分类178

7.1.3 机器人控制系统的硬件构成183

7.1.4 机器人软件伺服控制器185

7.2 机器人独立关节控制186

7.2.1 以直流伺服电动机为驱动器的单关节控制187

7.2.2 以交流电机为驱动器的单关节控制191

7.3 基于连杆动力学的运动控制193

7.3.1 重力补偿PD控制194

7.3.2 计算力矩控制196

7.3.3 操作空间直接控制198

7.3.4 运动控制方法总结200

7.4 机器人的力控制200

思考题213

第8章 机器人智能控制214

8.1 机器人鲁棒控制214

8.2 机器人自适应控制219

8.3 机器人神经网络控制222

8.4 机器人的模糊控制224

8.4.1 模糊控制简述224

8.4.2 机器人模糊控制226

思考题228

第9章 机器人示教与机器人编程语言229

9.1 机器人示教方法229

9.1.1 位置和姿态信息示教法229

9.1.2 顺序信息示教法232

9.1.3 运动条件与作业条件示教法233

9.2 机器人示教信息的使用234

9.3 机器人编程语言类型236

9.3.1 动作级编程语言237

9.3.2 对象级编程语言238

9.3.3 任务级编程语言238

9.4 机器人编程系统结构与功能239

9.4.1 编程语言系统的结构239

9.4.2 编程语言系统的基本功能239

9.5 常见的机器人编程语言241

9.5.1 VAL语言241

9.5.2 AL语言243

9.5.3 SIGLA语言244

9.5.4 IML语言244

9.6 机器人离线编程系统245

9.6.1 离线编程的主要内容245

9.6.2 离线编程系统的结构246

9.6.3 离线编程系统的自动子任务248

9.7 典型机器人示教编程方法249

9.7.1 KUKA机器人250

9.7.2 ABB机器人251

9.7.3 新松机器人252

9.7.4 示教编程实例253

思考题255

第10章 机器人关键部件256

10.1 高精度减速机256

10.1.1 RV减速机256

10.1.2 谐波齿轮减速机258

10.1.3 行星齿轮减速机261

10.1.4 减速机的选型263

10.2 伺服电机263

10.2.1 直流伺服电机264

10.2.2 交流伺服电机267

10.2.3 伺服电机的选型269

10.3 伺服驱动器272

10.3.1 伺服驱动器的结构272

10.3.2 伺服驱动器的伺服参数274

10.3.3 伺服驱动器的控制方式275

10.4 控制器275

10.4.1 运动控制器简介276

10.4.2 运动控制器的功能278

10.4.3 运动控制器的架构279

10.4.4 运动控制器的分类283

10.4.5 常用运动控制器简介285

10.4.6 运动控制器的优缺点288

10.4.7 新型机器人控制器288

思考题289

第11章 机器人传感器290

11.1 传感器基本分类290

11.1.1 静态特性291

11.1.2 动态特性291

11.2 内传感器292

11.2.1 位置、位移传感器292

11.2.2 速度传感器302

11.2.3 加速度传感器306

11.3 外传感器308

11.3.1 力觉传感器308

11.3.2 触觉传感器320

11.3.3 视觉传感器322

11.4 其他功能传感器327

11.4.1 激光雷达327

11.4.2 惯性导航系统328

思考题330

第12章 机器人视觉技术331

12.1 机器人视觉系统的基本原理331

12.2 摄像机的图像生成模型332

12.2.1 摄像机的几何模型332

12.2.2 摄像机的光学模型335

12.3 图像的初级处理337

12.3.1 图像的预处理337

12.3.2 图像的分离方法340

12.3.3 图像的重心位置及惯性矩计算343

12.4 单目立体成像模型344

12.5 机器人双目视觉技术345

12.5.1 双目立体视觉的基本概念345

12.5.2 双目立体视觉测距原理347

12.6 机器人视觉系统实例349

12.6.1 激光辅助机器人视觉系统349

12.6.2 利用视觉识别抓取工件的机器人系统351

12.6.3 其他机器人视觉系统实例352

思考题353

第13章 机器人的应用354

13.1 工业机器人354

13.1.1 焊接机器人354

13.1.2 喷涂机器人358

13.1.3 装配机器人360

13.1.4 移动搬运机器人（AGV）362

13.1.5 巡检机器人368

13.2 服务机器人370

13.2.1 家庭服务机器人370

13.2.2 专用服务机器人373

13.3 农业机器人374

13.4 医用机器人375

13.5 军事机器人375

思考题376

参考文献377