“中國制造2025”出版工程--工業(yè)機器人系統(tǒng)設計
定 價:298 元
叢書名:“中國制造2025”出版工程
- 作者:吳偉國 著
- 出版時間:2019/10/1
- ISBN:9787122350947
- 出 版 社:化學工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TP242.2
- 頁碼:1025
- 紙張:
- 版次:01
- 開本:16開
本書從工程設計角度出發(fā), 詳細梳理和論述了操作與移動兩大主題概念下的現(xiàn)代工業(yè)機器人系統(tǒng)總論, 工業(yè)機器人操作臂系統(tǒng)設計基礎、工業(yè)機器人操作臂機械系統(tǒng)機構設計與結構設計、工業(yè)機器人操作臂系統(tǒng)設計的數(shù)學與力學原理、工業(yè)機器人操作臂機械本體參數(shù)識別原理與實驗設計、工業(yè)機器人操作臂驅動與控制系統(tǒng)設計及控制方法、工業(yè)機器人用移動平臺設計、工業(yè)機器人末端操作器與及其換接裝置設計、工業(yè)機器人系統(tǒng)設計的仿真方法、面向操作與移動作業(yè)的工業(yè)機器人系統(tǒng)設計與應用實例、現(xiàn)代工業(yè)機器人系統(tǒng)設計總論與展望等內容。
本書適合于機器人相關研究方向的本科高年級生、碩士研究生、博士研究生以及從事機器人創(chuàng)新設計與研發(fā)的研究人員、高級工程技術人員閱讀。
上 冊
第1章 操作與移動兩大主題概念下的現(xiàn)代工業(yè)機器人系統(tǒng)總論 /1
1.1 機器人概念與工業(yè)機器人發(fā)展簡史 /1
1.2 什么是工業(yè)機器人? /4
1.3 機器人操作臂簡史及其分類與應用 /9
1.3.1 工業(yè)機器人操作臂是機器人概念的最早技術實現(xiàn)和產業(yè)應用 /9
1.3.2 傳統(tǒng)工業(yè)機器人操作臂和冗余、超冗余自由度機器人操作臂 /10
1.3.3 機器人操作臂的分類、用途及特點 /23
1.3.4 機器人操作臂固定安裝需考慮的問題及安裝使用的三種形式 /30
1.4 地面移動機器人平臺的發(fā)展與現(xiàn)狀 /33
1.4.1 有關動物、物體的“移動”概念與移動方式 /33
1.4.2 工業(yè)機器人移動平臺的主要移動方式和移動機器人 /35
1.4.3 移動機器人總論 /131
1.5 末端操作器相關 /137
1.6 移動平臺搭載操作臂的工業(yè)機器人發(fā)展 /139
1.6.1 腿式移動機器人與操作臂一體的機器人 /140
1.6.2 輪式移動機器人與操作臂一體的機器人 /142
1.6.3 履帶式移動機器人與操作臂一體的機器人 /145
1.6.4 移動平臺搭載操作臂的工業(yè)機器人應用與技術發(fā)展總結 /146
1.7 關于工業(yè)機器人技術與應用方面人才與工業(yè)基礎 /148
1.7.1 從事工業(yè)機器人系統(tǒng)設計所需的知識結構 /148
1.7.2 從事工業(yè)機器人系統(tǒng)設計與研發(fā)應具備的專業(yè)素質 /148
1.7.3 工業(yè)機器人產業(yè)化與創(chuàng)新研發(fā)所需的工業(yè)基礎 /152
1.8 工業(yè)機器人種類與應用領域概覽 /156
1.9 本書內容構成設計思路、結構以及相關說明 /160
參考文獻 /161
第2章 工業(yè)機器人操作臂系統(tǒng)設計基礎 /170
2.1 工業(yè)機器人操作臂的組成與用途 /170
2.1.1 工業(yè)機器人操作臂的用途與作業(yè)形式 /170
2.1.2 工業(yè)機器人操作臂系統(tǒng)組成 /174
2.2 工業(yè)機器人操作臂機構形式 /176
2.2.1 工業(yè)機器人操作臂機構構型與分類 /176
2.2.2 工業(yè)機器人操作臂中常用的機構構型 /179
2.2.3 仿人手臂機構構型 /180
2.2.4 冗余、超冗余自由度機器人操作臂機構構型 /184
2.3 工業(yè)機器人操作臂的設計要求與特點 /189
2.3.1 工業(yè)機器人操作臂的基本參數(shù)和特性 /189
2.3.2 工業(yè)機器人操作臂產品基本規(guī)格參數(shù)及性能指標實例 /193
2.3.3 工業(yè)機器人操作臂的設計過程及內容 /195
2.3.4 工業(yè)機器人操作臂機械系統(tǒng)設計中需要考慮和解決的問題 /197
2.4 工業(yè)機器人操作臂的機械傳動系統(tǒng)設計基礎 /199
2.4.1 工業(yè)機器人操作臂常用的機械傳動形式 /199
2.4.2 齒輪傳動在機器人關節(jié)機械傳動系統(tǒng)中的應用及問題解決方法 /201
2.4.3 精密滾珠絲杠傳動在機器人中的應用及問題解決方法 /203
2.4.4 用于工業(yè)機器人操作臂的關節(jié)支撐形式與薄壁滾動軸承 /208
2.4.5 機器人用諧波齒輪傳動及其創(chuàng)新設計 /212
2.4.6 工業(yè)機器人用RV 擺線針輪傳動及其減速器結構與應用 /237
2.4.7 同步齒形帶傳動 /246
2.4.8 精密機械傳動裝置(減速器)在機器人中的應用實例 /266
2.5 伺服驅動系統(tǒng)設計基礎 /270
2.5.1 電動驅動 /270
2.5.2 液壓伺服驅動系統(tǒng)基本原理與選型設計 /288
2.5.3 氣動伺服驅動系統(tǒng)基本原理與選型設計 /297
2.6 控制系統(tǒng)設計基礎 /308
2.6.1 控制系統(tǒng)基本原理與組成 /308
2.6.2 控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng) /318
2.6.3 控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng) /342
2.7 傳感技術基礎與常用傳感器 /350
2.7.1 工業(yè)機器人傳感系統(tǒng)概述 /350
2.7.2 位置/速度傳感器及其應用基礎 /365
2.7.3 力/力矩傳感器及其應用基礎 /369
2.7.4 視覺傳感器及其應用基礎 /379
2.7.5 激光傳感器及其應用基礎 /385
2.7.6 姿態(tài)傳感器及其應用基礎 /397
2.8 本章小結 /406
參考文獻 /406
第3章 工業(yè)機器人操作臂機械系統(tǒng)機構設計與結構設計 /408
3.1 典型工業(yè)機器人操作臂機構構型及關節(jié)驅動形式 /408
3.1.1 工業(yè)機器人操作臂關節(jié)驅動形式 /408
3.1.2 工業(yè)機器人操作臂的腕關節(jié)驅動形式 /422
3.2 工業(yè)機器人操作臂的機械結構設計 /425
3.2.1 MOTOMAN K 系列機器人操作臂機械結構設計 /425
3.2.2 PUMA 系列機器人操作臂機械結構設計 /430
3.2.3 SCARA 類型機器人操作臂機械結構設計 /434
3.3 多自由度無奇異全方位關節(jié)機構創(chuàng)新設計與新型機器人操作臂設計 /441
3.3.1 單萬向鉸鏈機構原理 /441
3.3.2 雙萬向鉸鏈機構等速傳動原理 /443
3.3.3 機構拓撲變換演化 /444
3.3.4 萬向鉸鏈機構的拓撲變換演化及其組合機構 /450
3.3.5 新型4 自由度無奇異并/串聯(lián)式全方位關節(jié)機構的機械設計及研制的原型樣機與實驗 /460
3.3.6 全方位關節(jié)機構設計與研究的總結 /487
3.4 工業(yè)機器人操作臂的機構設計與機械結構設計中需要考慮和注意的問題 /488
3.4.1 工業(yè)機器人操作臂機構構型設計問題 /488
3.4.2 工業(yè)機器人操作臂機械結構設計問題 /490
3.5 工業(yè)機器人操作臂的機構參數(shù)優(yōu)化設計 /492
3.5.1 工業(yè)機器人操作臂的機構參數(shù)優(yōu)化設計問題 /492
3.5.2 機構參數(shù)與工作空間 /495
3.5.3 機器人機構操作性能準則與靈活性測度 /496
3.5.4 6自由度以內工業(yè)機器人操作臂的機構參數(shù)優(yōu)化設計 /503
3.5.5 冗余自由度機器人操作臂機構參數(shù)的優(yōu)化設計 /504
3.6 本章小結 /506
參考文獻 /507
下 冊
第4章 工業(yè)機器人操作臂系統(tǒng)設計的數(shù)學與力學原理 /508
4.1 工業(yè)機器人操作臂及其運動的數(shù)學與力學的抽象描述 /508
4.1.1 工業(yè)機器人操作臂與作業(yè)對象構成的首尾相接的“閉鏈”系統(tǒng) /509
4.1.2 工業(yè)機器人操作臂作業(yè)“閉鏈” 系統(tǒng)的數(shù)學與力學描述問題 /511
4.2 工業(yè)機器人操作臂機構運動學 /511
4.2.1 機構運動學 /511
4.2.2 機構正運動學和逆運動學 /513
4.3 工業(yè)機器人操作臂機構運動學問題描述的數(shù)學基礎 /514
4.3.1 作為工業(yè)機器人操作臂構形比較基準的初始構形 /514
4.3.2 末端操作器姿態(tài)的表示 /514
4.3.3 坐標系的表示與坐標變換 /516
4.3.4 正運動學 /521
4.3.5 逆運動學 /528
4.3.6 RPP 無偏置型3 自由度機器人操作臂臂部機構運動學分析的解析幾何法 /530
4.3.7 RPP 有偏置型3 自由度機器人操作臂臂部機構(即PUMA 臂部機構) 運動學分析的解析幾何法 /534
4.3.8 機器人操作臂的雅克比矩陣 /540
4.4 工業(yè)機器人操作臂機構動力學問題描述的力學基礎 /549
4.4.1 工業(yè)機器人操作臂運動參數(shù)與機械本體物理參數(shù) /549
4.4.2 什么是動力學? /549
4.4.3 推導工業(yè)機器人操作臂微分運動方程的拉格朗日法 /550
4.4.4 推導工業(yè)機器人操作臂微分運動方程的牛頓-歐拉法 /555
4.5 工業(yè)機器人操作臂機構誤差分析與精度設計的數(shù)學基礎 /556
4.5.1 機構誤差分析的數(shù)學基礎 /556
4.5.2 機器人機構精度設計及測量 /564
4.6 工業(yè)機器人操作臂控制系統(tǒng)設計的現(xiàn)代數(shù)學基礎 /565
4.6.1 現(xiàn)代控制理論基礎 /565
4.6.2 模糊理論與軟計算 /574
4.6.3 神經(jīng)網(wǎng)絡基礎與強化學習 /590
4.7 本章小結 /602
參考文獻 /602
第5章 工業(yè)機器人操作臂機械本體參數(shù)識別原理與實驗設計 /604
5.1 平面內運動的2-DOF 機器人操作臂的運動方程及其應用問題 /604
5.1.1 由拉格朗日法得到的2-DOF 機器人操作臂運動方程 /604
5.1.2 機器人操作臂運動方程的用途 /605
5.2 基底參數(shù) /606
5.3 參數(shù)識別的基本原理 /607
5.3.1 逐次識別法 /607
5.3.2 同時識別法 /610
5.3.3 逐次識別法與同時識別法的優(yōu)缺點討論 /612
5.4 參數(shù)識別實驗前需考慮的實際問題 /613
5.5 本章小結 /613
第6章 工業(yè)機器人操作臂伺服驅動與控制系統(tǒng)設計及控制方法 /615
6.1 工業(yè)機器人操作臂驅動與控制硬件系統(tǒng)構建 /615
6.1.1 機器人系統(tǒng)體系結構設計需要考慮的問題 /615
6.1.2 集中控制 /616
6.1.3 分布式控制 /620
6.2 位置/軌跡追蹤控制 /626
6.2.1 機器人操作臂位置軌跡追蹤控制總論 /626
6.2.2 PD 反饋控制(即軌跡追蹤的靜態(tài)控制) /627
6.2.3 動態(tài)控制 /628
6.2.4 前饋動態(tài)控制 /630
6.2.5 前饋+ PD 反饋動態(tài)控制 /631
6.2.6 計算力矩控制法 /633
6.2.7 加速度分解控制 /633
6.3 魯棒控制 /634
6.4 自適應控制 /636
6.5 力控制 /637
6.5.1 機器人操作臂與環(huán)境構成的系統(tǒng)模型 /637
6.5.2 基于位置控制的力/位控制器 /640
6.5.3 基于力控制的力/位控制器 /642
6.6 最優(yōu)控制 /644
6.7 主從控制 /645
6.7.1 對稱型主從控制系統(tǒng)與控制器 /645
6.7.2 力反射型主從控制系統(tǒng)與控制器 /646
6.7.3 力歸還型主從控制系統(tǒng)與控制器 /647
6.7.4 對稱型/力反射型/力歸還型三種雙向主從控制系統(tǒng)的統(tǒng)一表示 /647
6.8 非基于模型的智能控制方法 /649
6.9 本章小結 /652
第7章 工業(yè)機器人用移動平臺設計 /653
7.1 工業(yè)機器人操作臂移動平臺的形式與要求 /653
7.2 移動平臺小車的機構與結構設計 /654
7.2.1 輪式移動機構與結構 /654
7.2.2 履帶式移動機構與結構 /681
7.2.3 腿式移動機構與結構 /688
7.2.4 帶有操作臂的輪式移動機器人系統(tǒng)設計實例 /695
7.2.5 搭載操作臂的履帶式移動機器人系統(tǒng)設計實例 /715
7.2.6 輪腿式移動機器人系統(tǒng)設計實例 /730
7.2.7 輪式-腿式-履帶式復合移動方式的輪-腿-履式移動機器人(wheelslegs-tracks hybrid locomotion robot) 系統(tǒng)設計實例 /738
7.3 搭載機器人操作臂的移動平臺穩(wěn)定性設計理論 /745
7.3.1 運動物體或系統(tǒng)的移動穩(wěn)定性定義 /745
7.3.2 物體或系統(tǒng)運動穩(wěn)定性的力學基礎與穩(wěn)定移動的控制原理 /747
7.3.3 腿足式移動機器人的移動穩(wěn)定性設計 /752
7.3.4 輪式移動機構移動穩(wěn)定性設計 /763
7.3.5 搭載機器人操作臂的移動平臺的穩(wěn)定性設計 /768
7.3.6 關于移動機器人的穩(wěn)定性問題的延深討論 /770
7.4 多移動方式機器人系統(tǒng)設計 /771
7.4.1 具有多移動方式的類人及類人猿型機器人系統(tǒng)設計、仿真與實驗 /771
7.4.2 非連續(xù)介質的擺蕩渡越移動機構與大阻尼欠驅動控制系統(tǒng)設計和移動實驗 /780
7.4.3 多移動方式移動機器人設計與研究的總結 /793
7.5 本章小結 /796
參考文獻 /797
第8章 工業(yè)機器人末端操作器及其換接裝置設計 /804
8.1 工業(yè)機器人操作臂末端操作器的種類與作業(yè)要求 /804
8.1.1 焊接作業(yè) /804
8.1.2 噴漆作業(yè) /806
8.1.3 搬運作業(yè) /806
8.1.4 裝配作業(yè) /807
8.2 工業(yè)機器人用快速換接器(快換裝置) /809
8.2.1 機器人快換裝置的功能和技術指標 /810
8.2.2 機器人快換裝置的定位原理 /812
8.2.3 機器人快換裝置的夾緊原理 /815
8.2.4 現(xiàn)有的機器人快換裝置 /817
8.3 工業(yè)機器人操作臂末端操作器設計 /822
8.3.1 單自由度開合手爪機構原理 /823
8.3.2 多指手爪 /827
8.3.3 柔順操作與裝配作業(yè)的末端操作器 /828
8.4 仿人多指靈巧手的設計 /838
8.4.1 仿人多指靈巧手的研究現(xiàn)狀及抓持能力 /838
8.4.2 面向靈長類機器人的1∶1比例多指靈巧手設計 /842
8.5 本章小結 /848
參考文獻 /848
第9章 工業(yè)機器人系統(tǒng)設計的仿真設計與方法 /850
9.1 工業(yè)機器人操作臂虛擬樣機設計與仿真的目的與意義 /850
9.1.1 虛擬樣機設計與運動仿真 /850
9.1.2 機器人虛擬樣機運動仿真的目的與實際意義 /851
9.2 虛擬樣機設計與仿真分析工具軟件概論 /852
9.2.1 現(xiàn)代機械系統(tǒng)設計及其仿真系統(tǒng)設計概論 /852
9.2.2 軟件中虛擬“物理” 環(huán)境與虛擬樣機機構模型的建立 /860
9.3 虛擬樣機設計與仿真——用于機器人虛擬樣機技術的設計與分析型工具軟件及模型導入方法 /866
9.3.1 虛擬樣機設計 /866
9.3.2 虛擬傳感器設計 /877
9.3.3 虛擬樣機系統(tǒng)運動控制仿真——應用現(xiàn)代CAD 系統(tǒng)工具軟件進行機構運動控制的仿真模型建立 /878
9.4 虛擬樣機仿真實例——工業(yè)機器人操作臂虛擬樣機運動樣本數(shù)據(jù)生成與運動仿真 /880
9.4.1 機器人操作臂的機構運動仿真與分析步驟 /880
9.4.2 編寫用于機器人操作臂機構仿真所需導入數(shù)據(jù)的機構運動學計算程序 /881
9.4.3 運動學計算程序計算結果數(shù)據(jù)文件存儲 /883
9.5 虛擬樣機仿真實例——用ADAMS 軟件進行機器人操作臂虛擬樣機設計與運動仿真的實例 /883
9.5.1 機械系統(tǒng)的建!/884
9.5.2 機械系統(tǒng)的運動學、動力學仿真 /889
9.5.3 關于機械系統(tǒng)的運動學、動力學仿真結果的分析和結論 /896
9.6 本章小結 /897
參考文獻 /898
第10章 面向操作與移動作業(yè)的工業(yè)機器人系統(tǒng)設計與應用實例 /899
10.1 AGV 臺車 /899
10.1.1 AGV 的種類 /899
10.1.2 AGV 的典型導引方式 /900
10.1.3 AGV 的移動方式與裝卸載方式 /901
10.1.4 AGV 自動搬運系統(tǒng)的組成 /902
10.1.5 AGV 的應用 /903
10.2 KUKA youBot /904
10.3 操作人員導引的操作臂柔順控制原理與控制系統(tǒng)設計 /904
10.3.1 由作業(yè)人員導引操縱的機器人操作臂Cobot 7A-15 /904
10.3.2 操作人員導引機器人進行零件打磨力/位混合柔順控制的系統(tǒng)設計與問題剖析 /906
10.4 工業(yè)機器人操作臂圓-長方孔形零件裝配系統(tǒng)設計及其力/位混合控制 /913
10.4.1 關于應用于生產過程中的實際機器人裝配系統(tǒng)設計問題的總體認識 /913
10.4.2 圓柱形軸孔裝配理論與銷孔類零件裝配系統(tǒng)設計 /915
10.4.3 方形軸孔類零件的裝配理論研究 /922
10.4.4 復雜軸孔類零件裝配問題 /923
10.4.5 圓柱形-長方形復合型軸孔裝配理論與銷孔類零件裝配系統(tǒng)設計 /925
10.5 工業(yè)機器人操作臂模塊化組合式設計方法與實例 /945
10.5.1 關于模塊化組合式設計 /945
10.5.2 機器人操作臂的模塊化組合式設計的意義與研究現(xiàn)狀 /947
10.5.3 機器人操作臂的模塊化組合式設計的主要內容 /950
10.5.4 機器人操作臂模塊的結構設計及數(shù)據(jù)庫的建立 /950
10.5.5 機器人操作臂模塊的模塊化組合方法 /956
10.5.6 基于模塊庫和最小單元庫的機械臂動力學建模方法 /959
10.5.7 組合式優(yōu)化設計方法 /962
10.5.8 六自由度機械臂的組合式優(yōu)化設計計算與仿真 /965
10.5.9 三自由度機械臂的組合式優(yōu)化設計與寫字實驗 /969
10.6 多臺工業(yè)機器人操作臂系統(tǒng)在汽車沖壓件生產線上的應用設計與實例 /973
10.6.1 汽車薄板沖壓成形件的沖壓工藝 /973
10.6.2 汽車沖壓件生產線多工序坯/件運送多機器人操作臂系統(tǒng)方案設計實例 /974
10.7 本章小結 /977
參考文獻 /978
第11章 現(xiàn)代工業(yè)機器人系統(tǒng)設計總論與展望 /980
11.1 現(xiàn)代工業(yè)機器人特點與分析 /980
11.2 面向操作與移動作業(yè)的智能化工業(yè)機器人設計問題與方法 /983
11.2.1 工業(yè)機器人操作性能的在線作業(yè)綜合評價與管理控制機制問題 /983
11.2.2 力-力矩傳感器設計與使用時面臨的實際問題 /984
11.2.3 工業(yè)機器人的“通用化”“智能化” 與機器人應用系統(tǒng)集成方案設計工具軟件研發(fā)的價值 /989
11.2.4 靈巧操作手的實用化設計觀點與方法論 /991
11.2.5 約束作業(yè)空間下力/位混合控制作業(yè)的“位置” 精度與“力” 精度的矛盾對立統(tǒng)一問題 /992
11.3 機器人操作臂新概念與智能機械 /992
11.3.1 由模塊化單元構筑可變機械系統(tǒng)的新概念新思想 /992
11.3.2 “智能機械” 系統(tǒng)的自裝配、自重構、自修復概念 /994
11.3.3 自重構可變機械的單元 /997
11.3.4 集成化的自重構模塊M-TRAN 及自重構機器人可變形態(tài) /999
11.3.5 關于自裝配、自重構、自修復可變機械系統(tǒng)問題及本節(jié)小結 /1003
11.4 自裝配、自重構和自修復概念將引發(fā)未來工業(yè)機器人產業(yè)技術展望 /1004
11.5 本章小結 /1005
參考文獻 /1006
附錄 /1007
索引 /1022