目錄
第1章 緒論 1
1.1　工業(yè)機(jī)器人的定義 1
1.2　工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 2
1.2.1 工業(yè)機(jī)器人在世界各國(guó)的發(fā)展 2
1.2.2 世界著名工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè) 5
1.3　工業(yè)機(jī)器人的基本組成 7
1.4　工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo) 9
1.5　工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用 11
1.5.1 工業(yè)機(jī)器人的分類 11
1.5.2 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用 13
本章小結(jié) 18
習(xí)題 18
第2章 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng) 19
2.1　工業(yè)機(jī)器人的手部 19
2.1.1 手部的特點(diǎn) 19
2.1.2 手部的分類 20
2.2　工業(yè)機(jī)器人的腕部 24
2.2.1 工業(yè)機(jī)器人腕部的運(yùn)動(dòng) 24
2.2.2 工業(yè)機(jī)器人腕部的分類 26
2.2.3 工業(yè)機(jī)器人腕部的典型結(jié)構(gòu) 27
2.3　工業(yè)機(jī)器人的臂部 30
2.4　工業(yè)機(jī)器人的機(jī)身 36
2.5　工業(yè)機(jī)器人的基座 40
2.6 工業(yè)機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu) 41
2.7　工業(yè)機(jī)器人的底座 45
2.7.1 工業(yè)機(jī)器人底座的結(jié)構(gòu)和放置形式 46
2.7.2 工業(yè)機(jī)器人底座的材料和技術(shù)要求 47
本章小結(jié) 48
習(xí)題 48
第3章 工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng) 49
3.1　動(dòng)力系統(tǒng)的分類 49
3.2　交流伺服系統(tǒng) 54
3.2.1 伺服驅(qū)動(dòng)器 55
3.2.2 交流永磁同步伺服系統(tǒng)的工作及控制原理 57
3.3　電液伺服系統(tǒng) 62
3.3.1 電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 62
3.3.2 電液比例控制閥 64
3.3.3 電液比例換向閥 65
3.3.4 擺動(dòng)式液壓缸 66
3.3.5 齒條傳動(dòng)液壓缸 67
3.3.6 液壓伺服馬達(dá) 67
3.4　氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 68
3.4.1 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)回路 69
3.4.2 氣源系統(tǒng)的組成 69
3.4.3 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器 71
本章小結(jié) 73
習(xí)題 73
第4章 工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng) 74
4.1　引言 74
4.2　工業(yè)機(jī)器人傳感器概述 74
4.2.1 工業(yè)機(jī)器人傳感器的分類 74
4.2.2 多傳感器信息融合技術(shù)的發(fā)展 75
4.3　工業(yè)機(jī)器人的內(nèi)部傳感器 75
4.3.1 位置傳感器 76
4.3.2 姿態(tài)傳感器 81
4.4　工業(yè)機(jī)器人的外部傳感器 82
4.4.1 觸覺(jué)傳感器 82
4.4.2 距離傳感器 88
4.5　工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)技術(shù) 90
4.5.1 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng) 90
4.5.2 CCD 91
4.5.3 機(jī)器視覺(jué)幾何 93
4.5.4 視覺(jué)信號(hào)處理 96
本章小結(jié) 96
習(xí)題 97
第5章 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng) 98
5.1　工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、要求及功能 98
5.1.1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 98
5.1.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的要求 98
5.1.3 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能 99
5.2　工業(yè)機(jī)器人的控制方式 101
5.2.1 點(diǎn)位控制方式 101
5.2.2 連續(xù)軌跡控制方式 102
5.2.3 力（力矩）控制方式 102
5.2.4 智能控制方式 102
5.3　電動(dòng)機(jī)的控制 103
5.3.1 電動(dòng)機(jī)控制介紹 103
5.3.2 電動(dòng)機(jī)速度的控制 105
5.3.3 電動(dòng)機(jī)和機(jī)械的動(dòng)態(tài)特性分析 110
5.3.4 正確控制動(dòng)態(tài)特性 112
5.4　機(jī)械系統(tǒng)的控制 115
5.4.1 機(jī)器人位置的確定 115
5.4.2 設(shè)計(jì)方法 115
5.4.3 電動(dòng)機(jī) 116
5.4.4 驅(qū)動(dòng)器 117
5.4.5 檢測(cè)位置用的脈沖編碼器和檢測(cè)速度用的測(cè)速發(fā)電機(jī) 117
5.4.6 直流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)表示法 117
5.4.7 位置控制和速度控制 119
5.4.8 通過(guò)實(shí)驗(yàn)識(shí)別傳遞函數(shù) 121
5.4.9 通過(guò)比例積分微分（PID）補(bǔ)償改善系統(tǒng)特征 121
5.4.10 通過(guò)積分比例微分補(bǔ)償改善系統(tǒng)特性 123
5.4.11 電流控制 123
5.4.12 不產(chǎn)生速度模式的位置控制 125
5.5　控制系統(tǒng)的構(gòu)成 125
本章小結(jié) 127
習(xí)題 127
第6章 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模 128
6.1　引言 128
6.2　建模的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 128
6.2.1 剛體的空間位姿表示 128
6.2.2 剛體在空間的齊次坐標(biāo)變換 136
6.2.3 其他所需的前置知識(shí) 139
6.3　旋量理論下的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué) 141
6.3.1 旋量理論的建�；�礎(chǔ) 141
6.3.2 正運(yùn)動(dòng)學(xué)求解 146
6.3.3 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解 149
6.3.4 封閉解的驗(yàn)證 157
6.3.5 解的選擇問(wèn)題 158
6.4　D-H參數(shù)法下的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué) 160
6.4.1 D-H參數(shù)法的建模基礎(chǔ) 160
6.4.2 正運(yùn)動(dòng)學(xué)求解 164
6.4.3 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解 171
6.5　算法比較 182
6.6　雅可比迭代法 185
本章小結(jié) 190
習(xí)題 191
第7章 工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析 192
7.1　引言 192
7.2　速度和加速度分析 193
7.2.1 導(dǎo)數(shù)的變換公式 193
7.2.2 剛體的速度和加速度 196
7.3　機(jī)器人的雅可比矩陣 202
7.3.1 矢量積法 202
7.3.2 微分變換法 207
7.3.3 雅可比矩陣的其他用法 216
7.3.4 雅可比矩陣的奇異性問(wèn)題 217
7.4　機(jī)器人的靜力學(xué)分析 218
7.4.1 力雅可比矩陣 218
7.4.2 連桿靜力學(xué)分析 220
7.4.3 機(jī)器人靜力學(xué)的兩類問(wèn)題 224
7.5　剛體的質(zhì)量分布 224
7.5.1 慣性張量的導(dǎo)出 224
7.5.2 慣性張量的性質(zhì) 226
7.5.3 偽慣量矩陣 232
7.6　拉格朗日動(dòng)力學(xué)概述 234
7.6.1 拉格朗日動(dòng)力學(xué)公式推導(dǎo) 234
7.6.2 拉格朗日動(dòng)力學(xué)求解機(jī)器人動(dòng)力學(xué) 238
7.7　牛頓歐拉法求解動(dòng)力學(xué)方程 246
7.7.1 動(dòng)力學(xué)方法比較 246
7.7.2 牛頓歐拉法 246
本章小結(jié) 255
習(xí)題 255
第8章 工業(yè)機(jī)器人軌跡規(guī)劃 256
8.1　引言 256
8.2　關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃 257
8.3　位置規(guī)劃 266
8.3.1 直線位置規(guī)劃 266
8.3.2 曲線位置規(guī)劃 269
8.4　姿態(tài)規(guī)劃 275
8.4.1 歐拉角線性插值算法 276
8.4.2 四元數(shù)概述 276
8.4.3 四元數(shù)的其他性質(zhì) 277
8.4.4 四元數(shù)表示旋轉(zhuǎn) 278
8.4.5 四元數(shù)姿態(tài)插值方法 282
8.5　軌跡的實(shí)時(shí)生成 284
8.5.1 關(guān)節(jié)空間路徑的生成 285
8.5.2 笛卡兒空間路徑的生成 285
本章小結(jié) 286
習(xí)題 286
第9章 軟件的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與評(píng)估 287
9.1　引言 287
9.2　軟件的設(shè)計(jì) 287
9.2.1 開(kāi)發(fā)平臺(tái)選取 287
9.2.2 軟件的總體布局 288
9.3　軟件的實(shí)現(xiàn) 288
9.3.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊 288
9.3.2 動(dòng)力學(xué)模塊 290
9.3.3 軌跡規(guī)劃模塊 290
9.3.4 串口通信模塊 291
9.4　軟件的評(píng)估 295
9.4.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的定義 295
9.4.2 逼真度 295
9.4.3 可擴(kuò)展性 295
9.4.4 開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)易性 296
9.4.5 成本 296
本章小結(jié) 296
習(xí)題 296
第10章 基于Unity3D的工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)訓(xùn) 297
10.1　引言 297
10.2　智能車間制造服務(wù)系平臺(tái)的搭建 297
10.3　6軸工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)認(rèn)知 297
10.4　6軸工業(yè)機(jī)器人的虛擬仿真拆卸實(shí)訓(xùn) 299
10.5　6軸工業(yè)機(jī)器人仿真裝配實(shí)訓(xùn) 303
10.5.1 J1軸、J2軸模塊化裝配 303
10.5.2 J3軸、J4軸模塊化裝配 304
10.5.3 J5軸、J6軸模塊化裝配 305
10.6　6軸工業(yè)機(jī)器人綜合應(yīng)用實(shí)訓(xùn) 305
10.6.1 機(jī)器人手動(dòng)操作的3種動(dòng)作模式 305
10.6.2 機(jī)器人典型任務(wù)之碼垛 307
參考文獻(xiàn) 309