目錄
第1章 緒論 1
1.1　工業(yè)機器人的定義 1
1.2　工業(yè)機器人的發(fā)展 2
1.2.1 工業(yè)機器人在世界各國的發(fā)展 2
1.2.2 世界著名工業(yè)機器人生產(chǎn)企業(yè) 5
1.3　工業(yè)機器人的基本組成 7
1.4　工業(yè)機器人的技術(shù)指標(biāo) 9
1.5　工業(yè)機器人的分類及應(yīng)用 11
1.5.1 工業(yè)機器人的分類 11
1.5.2 工業(yè)機器人的應(yīng)用 13
本章小結(jié) 18
習(xí)題 18
第2章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng) 19
2.1　工業(yè)機器人的手部 19
2.1.1 手部的特點 19
2.1.2 手部的分類 20
2.2　工業(yè)機器人的腕部 24
2.2.1 工業(yè)機器人腕部的運動 24
2.2.2 工業(yè)機器人腕部的分類 26
2.2.3 工業(yè)機器人腕部的典型結(jié)構(gòu) 27
2.3　工業(yè)機器人的臂部 30
2.4　工業(yè)機器人的機身 36
2.5　工業(yè)機器人的基座 40
2.6 工業(yè)機器人的行走機構(gòu) 41
2.7　工業(yè)機器人的底座 45
2.7.1 工業(yè)機器人底座的結(jié)構(gòu)和放置形式 46
2.7.2 工業(yè)機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)機器人的動力系統(tǒng) 49
3.1　動力系統(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 擺動式液壓缸 66
3.3.5 齒條傳動液壓缸 67
3.3.6 液壓伺服馬達(dá) 67
3.4　氣動驅(qū)動系統(tǒng) 68
3.4.1 氣動驅(qū)動回路 69
3.4.2 氣源系統(tǒng)的組成 69
3.4.3 氣動驅(qū)動器 71
本章小結(jié) 73
習(xí)題 73
第4章 工業(yè)機器人的感知系統(tǒng) 74
4.1　引言 74
4.2　工業(yè)機器人傳感器概述 74
4.2.1 工業(yè)機器人傳感器的分類 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)機器人的外部傳感器 82
4.4.1 觸覺傳感器 82
4.4.2 距離傳感器 88
4.5　工業(yè)機器人視覺技術(shù) 90
4.5.1 機器視覺系統(tǒng) 90
4.5.2 CCD 91
4.5.3 機器視覺幾何 93
4.5.4 視覺信號處理 96
本章小結(jié) 96
習(xí)題 97
第5章 工業(yè)機器人的控制系統(tǒng) 98
5.1　工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的特點、要求及功能 98
5.1.1 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的特點 98
5.1.2 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的要求 98
5.1.3 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的功能 99
5.2　工業(yè)機器人的控制方式 101
5.2.1 點位控制方式 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　電動機的控制 103
5.3.1 電動機控制介紹 103
5.3.2 電動機速度的控制 105
5.3.3 電動機和機械的動態(tài)特性分析 110
5.3.4 正確控制動態(tài)特性 112
5.4　機械系統(tǒng)的控制 115
5.4.1 機器人位置的確定 115
5.4.2 設(shè)計方法 115
5.4.3 電動機 116
5.4.4 驅(qū)動器 117
5.4.5 檢測位置用的脈沖編碼器和檢測速度用的測速發(fā)電機 117
5.4.6 直流電動機的傳遞函數(shù)表示法 117
5.4.7 位置控制和速度控制 119
5.4.8 通過實驗識別傳遞函數(shù) 121
5.4.9 通過比例積分微分（PID）補償改善系統(tǒng)特征 121
5.4.10 通過積分比例微分補償改善系統(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)機器人運動學(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 139
6.3　旋量理論下的機器人運動學(xué) 141
6.3.1 旋量理論的建�；�礎(chǔ) 141
6.3.2 正運動學(xué)求解 146
6.3.3 逆運動學(xué)求解 149
6.3.4 封閉解的驗證 157
6.3.5 解的選擇問題 158
6.4　D-H參數(shù)法下的機器人運動學(xué) 160
6.4.1 D-H參數(shù)法的建�；�礎(chǔ) 160
6.4.2 正運動學(xué)求解 164
6.4.3 逆運動學(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)機器人動力學(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題 217
7.4　機器人的靜力學(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 機器人靜力學(xué)的兩類問題 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　拉格朗日動力學(xué)概述 234
7.6.1 拉格朗日動力學(xué)公式推導(dǎo) 234
7.6.2 拉格朗日動力學(xué)求解機器人動力學(xué) 238
7.7　牛頓歐拉法求解動力學(xué)方程 246
7.7.1 動力學(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　軌跡的實時生成 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、實現(xiàn)與評估 287
9.1　引言 287
9.2　軟件的設(shè)計 287
9.2.1 開發(fā)平臺選取 287
9.2.2 軟件的總體布局 288
9.3　軟件的實現(xiàn) 288
9.3.1 運動學(xué)模塊 288
9.3.2 動力學(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　軟件的評估 295
9.4.1 評價指標(biāo)的定義 295
9.4.2 逼真度 295
9.4.3 可擴展性 295
9.4.4 開發(fā)簡易性 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)機器人虛擬仿真實訓(xùn) 297
10.1　引言 297
10.2　智能車間制造服務(wù)系平臺的搭建 297
10.3　6軸工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)認(rèn)知 297
10.4　6軸工業(yè)機器人的虛擬仿真拆卸實訓(xùn) 299
10.5　6軸工業(yè)機器人仿真裝配實訓(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)機器人綜合應(yīng)用實訓(xùn) 305
10.6.1 機器人手動操作的3種動作模式 305
10.6.2 機器人典型任務(wù)之碼垛 307
參考文獻(xiàn) 309