本書是“高等院校智能制造人才培養(yǎng)系列教材”之一，面向智能制造相關(guān)專業(yè)，目標(biāo)是打造適合培養(yǎng)智能制造工程人才的教材體系，以培養(yǎng)適應(yīng)智能制造發(fā)展需求的應(yīng)用型人才。
本書主要介紹機器人技術(shù)的內(nèi)涵和體系，以串聯(lián)機器人為重點，涵蓋串、并聯(lián)和移動機器人的本體結(jié)構(gòu)，機器人坐標(biāo)系及其位姿描述，正向和逆向運動學(xué)分析，機器人的動力學(xué)分析，機器人內(nèi)部和外部傳感器的類型與工作原理，機器人的控制系統(tǒng)，關(guān)節(jié)空間和操作空間運動規(guī)劃等核心內(nèi)容。各章均按照思維導(dǎo)圖、學(xué)習(xí)目標(biāo)、問題導(dǎo)入、主要內(nèi)容、本章小結(jié)、習(xí)題的結(jié)構(gòu)編排。本書講解深入淺出，并配有大量圖片、MATLAB程序以及視頻講解，將抽象內(nèi)容可視化。
本書可作為高等學(xué)校機器人工程、智能制造工程、機械設(shè)計制造及自動化、機械電子工程、自動控制和計算機應(yīng)用等專業(yè)本科生和研究生專業(yè)課程的教材，同時也可為從事機器人研究和制造的科研及工程人員提供參考。
劉瑛，女，北方工業(yè)大學(xué)機械與材料工程學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師。長期從事機器人及其零部件的設(shè)計與研究、機械制造裝備與技術(shù)的研究工作。在一線教授《機器人設(shè)計與實踐》《 MATLAB 語言及其應(yīng)用》《機械概論》等課程長達近二十年，并錄制了機器人等課程的相關(guān)教學(xué)視頻，在多所高校推廣使用。
第1章 緒論 1
1.1 機器人的發(fā)展與定義 2
1.1.1 機器人發(fā)展簡史 2
1.1.2 機器人的定義 6
1.2 機器人的組成與分類 7
1.2.1 機器人的組成 7
1.2.2 機器人的分類 9
1.3 機器人的技術(shù)參數(shù) 13
1.3.1 自由度 13
1.3.2 精度 14
1.3.3 工作空間 15
1.3.4 工作速度 15
1.3.5 承載能力 16
1.3.6 防護等級 16
1.4 機器人的應(yīng)用與發(fā)展趨勢 17
1.4.1 機器人的應(yīng)用 17
1.4.2 機器人的發(fā)展趨勢 18
1.5 機器人相關(guān)學(xué)科和課程 19
1.5.1 機器人相關(guān)學(xué)科 19
1.5.2 機器人相關(guān)課程 20
本章小結(jié) 21
習(xí)題 22
第2章 機器人本體結(jié)構(gòu) 23
2.1 串聯(lián)機器人的結(jié)構(gòu) 24
2.1.1 驅(qū)動機構(gòu) 24
2.1.2 傳動機構(gòu) 27
2.1.3 傳動機構(gòu)的定位與消隙技術(shù) 37
2.1.4 執(zhí)行機構(gòu) 40
2.2 并聯(lián)機器人的結(jié)構(gòu) 53
2.2.1 并聯(lián)機構(gòu) 53
2.2.2 并聯(lián)機器人 54
2.3 移動機器人的結(jié)構(gòu) 55
2.3.1 車輪式移動機器人 55
2.3.2 履帶式移動機器人 56
2.3.3 步行機器人 57
本章小結(jié) 58
習(xí)題 58
第3章 機器人運動學(xué)分析 60
3.1 機器人位姿和坐標(biāo)變換 61
3.1.1 位置與姿態(tài) 61
3.1.2 坐標(biāo)變換 62
3.1.3 齊次坐標(biāo)變換 65
3.1.4 左乘與右乘規(guī)則 70
3.2 串聯(lián)機器人位姿分析 72
3.2.1 坐標(biāo)系的建立 73
3.2.2 D-H參數(shù)及連桿坐標(biāo)系變換矩陣的確定 75
3.2.3 運動方程 76
3.3 串聯(lián)機器人運動學(xué)分析 76
3.3.1 正向運動學(xué) 77
3.3.2 逆向運動學(xué) 84
3.3.3 關(guān)于反解的討論 91
本章小結(jié) 93
習(xí)題 94
第4章 機器人動力學(xué)分析 96
4.1 速度分析 97
4.1.1 速度雅可比 97
4.1.2 速度分析具體案例 102
4.2 靜力學(xué)分析 104
4.2.1 力雅可比 104
4.2.2 靜力學(xué)的兩類問題 105
4.3 動力學(xué)分析 106
4.3.1 動力學(xué)分析基礎(chǔ)和方法 106
4.3.2 拉格朗日方程 108
4.3.3 關(guān)節(jié)空間和操作空間中的動力學(xué)方程 113
本章小結(jié) 114
習(xí)題 114
第5章 機器人傳感器 118
5.1 機器人傳感器概述 119
5.1.1 機器人傳感器的分類 120
5.1.2 傳感器的性能指標(biāo) 121
5.1.3 機器人傳感器的要求 124
5.2 機器人內(nèi)部傳感器 125
5.2.1 位置傳感器 125
5.2.2 速度傳感器 131
5.2.3 加速度傳感器 134
5.2.4 姿態(tài)傳感器 136
5.3 機器人外部傳感器 136
5.3.1 視覺傳感器 137
5.3.2 聽覺傳感器 139
5.3.3 觸覺傳感器 141
5.3.4 接近與距離覺傳感器 146
5.3.5 工業(yè)機器人的常用傳感器 149
5.4 多傳感器信息融合 150
本章小結(jié) 152
習(xí)題 152
第6章 機器人控制系統(tǒng) 154
6.1 機器人控制系統(tǒng)概述 155
6.1.1 機器人控制系統(tǒng)的構(gòu)成 155
6.1.2 機器人的控制層次和特點 158
6.1.3 機器人典型控制方式 159
6.2 機器人位置控制 160
6.2.1 伺服驅(qū)動及其傳遞函數(shù) 160
6.2.2 單關(guān)節(jié)位置控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 167
6.2.3 單關(guān)節(jié)位置控制器的增益參數(shù)確定 171
6.2.4 單關(guān)節(jié)位置控制器誤差分析 173
6.2.5 單關(guān)節(jié)位置PID控制 176
6.2.6 多關(guān)節(jié)位置控制 177
6.3 機器人力控制 179
6.3.1 力控制概述 179
6.3.2 阻抗控制 181
6.3.3 力/位混合控制 185
本章小結(jié) 187
習(xí)題 187
第7章 機器人運動規(guī)劃 190
7.1 機器人運動規(guī)劃概述 191
7.1.1 運動規(guī)劃的基本概念 191
7.1.2 軌跡規(guī)劃的一般問題 192
7.1.3 軌跡的生成方式及控制過程 193
7.1.4 關(guān)節(jié)空間和操作空間的軌跡規(guī)劃 194
7.2 關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃方法 195
7.2.1 三次多項式插補 196
7.2.2 高階多項式插補 199
7.2.3 多項式插補用于多點間軌跡規(guī)劃 202
7.2.4 拋物線過渡的線性插補 206
7.2.5 拋物線過渡的線性插補用于多點間軌跡規(guī)劃 209
7.3 操作空間的軌跡規(guī)劃 213
7.3.1 空間直線插補 213
7.3.2 空間圓弧插補 215
7.3.3 機器人的末端姿態(tài)插補 221
7.3.4 操作空間軌跡規(guī)劃的幾何問題 224
本章小結(jié) 227
習(xí)題 227
參考文獻 230
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