工业机器人从基础到实战

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第1篇基础理论篇第1章机器人概论11.1机器人概念11.1.1定义11.1.2外观类型11.1.3机器人三原则51.2机器人类型51.2.1按应用领域分类51.2.2按运动形式分类51.2.3按控制方式分类61.2.4按机械结构形式分类61.2.5按坐标系分类71.2.6按驱动装置分类81.3机器人的组成与工作原理81.3.1机器人硬件系统的组成81.3.2机器人软件系统的组成111.3.3机器人的工作原理161.4机器人的历史与发展161.4.1机器人的历史161.4.2机器人的发展181.5工业机器人的关键技术181.5.1高精度机器人减速器181.5.2高性能交直流伺服电动机及驱动器201.5.3高性能机器人控制器201.5.4机器人操作系统201.5.5各部分占整个机器人的成本比例211.6工业机器人产业链211.7国内外工业机器人制造商21本章小结22思考与练习题23参考文献23第2章刚体位姿描述和齐次变换242.1刚体位姿描述242.1.1位置的描述242.1.2姿态的描述242.1.3位姿的描述252.1.4手爪坐标系252.2坐标变换262.2.1坐标平移262.2.2坐标旋转262.2.3一般变换（平移+旋转）282.2.4三维坐标变换的几个特例292.3旋转变换通式和等效转轴与转角312.3.1旋转变换通式312.3.2等效转轴与转角332.4齐次坐标和齐次变换342.4.1引进齐次坐标342.4.2将复合变换式改写为齐次变换式342.4.3绕坐标轴旋转的3个特殊齐次变换矩阵352.4.4齐次旋转矩阵和平移矩阵352.4.5齐次变换矩阵的特点362.5工业机器人运动学建立思路362.6坐标变换应用举例372.6.1机器人与环境之间的坐标变换372.6.2摄像机的坐标系与坐标的变换37本章小结39思考与练习题39参考文献40第3章机器人运动学413.1连杆参数和连杆坐标系413.1.1机器人连杆和关节的概念413.1.2连杆参数413.1.3连杆坐标系423.2用D-H方法建立机器人运动学方程423.2.1D-H方法的概念与思路423.2.2用D-H方法建立连杆坐标系的特点423.2.3相邻连杆坐标系变换433.2.4相邻连杆坐标系之间的齐次变换矩阵的进一步解释443.3机器人运动学方程的形式与建立步骤453.3.1机器人运动学方程的形式453.3.2机器人运动学方程的建立步骤463.3.3用D-H方法建立机器人运动学方程应注意的问题463.4PUMA560机器人运动学方程的建立过程483.4.1建立PUMA560机器人各连杆坐标系和参考坐标系483.4.2填写连杆参数表483.4.3写出相邻连杆之间的齐次变换矩阵493.4.4写出运动学方程513.5机器人的运动学方程523.6机器人的逆运动学问题523.6.1逆运动学的概念523.6.2求逆解的过程533.6.3运动学逆解的多解问题543.6.4求工业机器人运动学逆解时需要关注的几个问题543.7机器人运动学方程建立实例553.7.1RV-M1机器人运动学方程的建立553.7.2博实四自由度SCARA机器人运动学方程的建立58本章小结61思考与练习题61参考文献64第4章机器人动力学654.1为什么要学习机器人的动力学654.2几个与动力学关联较大的概念654.3用拉格朗日方法建立机器人的动力学方程674.3.1拉格朗日动力学方程674.3.2用拉格朗日方程解决问题的一般步骤684.3.3用拉格朗日方程解决问题的优点684.3.4单自由度——小车弹簧系统684.3.5二自由度系统——小车弹簧摆系统694.3.6集中质量双连杆系统714.3.7二自由度机器人手臂（分布质量）724.4多自由度机器人的动力学方程的建立754.4.1多自由度机器人的动力学方程的建立思路754.4.2PUMA560机器人的动力学方程754.5关节空间和操作空间的动力学方程764.5.1关节空间动力学方程764.5.2操作空间动力学方程764.5.3操作力矩方程764.5.4雅可比矩阵764.5.5末端操作力与关节驱动力矩之间的关系78本章小结80思考与练习题80参考文献81第5章轨迹规划825.1轨迹规划概述825.2轨迹规划的基本原理835.2.1关节空间轨迹规划原理835.2.2直角坐标空间轨迹规划原理845.3关节空间轨迹规划845.3.1三次多项式轨迹规划845.3.2五次多项式轨迹规划865.4直角坐标空间的轨迹规划875.5连续轨迹记录90本章小结90思考与练习题90参考文献90第2篇工业机器人系统篇第6章工业机器人的机械系统916.1工业机器人的组成916.1.1工业机器人的概念与总体组成916.1.2机械结构936.1.3各种驱动装置956.1.4各种传感器966.1.5各种控制器976.2工业机器人的工作原理986.2.1任务分析986.2.2轨迹规划996.2.3编程与调试996.2.4机器人运行996.3工业机器人的机械结构1006.3.1机器人配置形式1006.3.2总体结构与运动1016.3.3坐标结构形式1026.3.4基座和腰部1036.3.5上下臂与连杆装配1056.3.6机器人的手腕1056.3.7手爪结构1066.3.8关节的结构形式1086.3.9机器人中常用的机械传动装置1096.4机器人结构的图形符号表示1116.4.1常用符号表示1116.4.2机器人图形符号表示举例1126.5工业机器人的主要技术参数1126.6几种典型的工业机器人的机械结构1156.6.1RV-M1机器人的机械结构1156.6.2博实四自由度SCARA机器人机械结构1176.6.3汇博多控模块化机器人的机械结构120本章小结124思考与练习题124参考文献124第7章工业机器人的控制系统1257.1机器人控制系统的功能1257.2机器人控制系统的类型1267.2.1按控制器不同分类1267.2.2按驱动装置不同分类1287.3机器人控制系统的结构1307.3.1分级分布式控制1307.3.2独立关节控制1327.3.3关节控制1327.4机器人控制系统的分析方法1347.5基于传递函数的单关节位置控制伺服系统分析1347.5.1机器人关节控制系统的数学模型（传递函数法）1347.5.2单关节位置控制系统分析1377.6机器人控制系统的实例1377.6.1RV-M1机器人的控制系统1377.6.2博实四自由度SCARA机器人控制系统1407.6.3汇博多控模块化机器人的控制系统143本章小结146思考与练习题146参考文献147第8章机器人视觉伺服系统1488.1机器人视觉伺服系统的概述1488.1.1机器人视觉伺服系统的组成1488.1.2机器人视觉伺服系统的工作过程1498.1.3机器人视觉伺服系统的类型1528.1.4机器人视觉伺服系统的关键问题1548.2机器人视觉系统1548.2.1视觉系统的图像采集处理过程1548.2.2视觉系统的组成1558.2.3两种数字摄像机的工作原理1618.3机器人视觉图像处理1678.3.1视觉图像处理的对象1678.3.2视觉图像处理的目的1678.3.3视觉图像处理的基本理论1678.3.4视觉图像处理的方法1688.3.5视觉图像处理的基本方法和MATLAB程序1698.4机器人视觉图像分析与识别1808.4.1图像识别的概念与常用方法1808.4.2特征识别1818.4.3生物识别技术1818.5机器人视觉伺服系统中的关键问题1838.5.1标定问题1838.5.2定位问题1878.6机器人视觉图像处理与分析识别的常用软件1878.6.1视觉图像处理与分析常用软件简介1878.6.2机器人视觉主要应用场景1938.7机器人视觉伺服系统实例1998.7.1博实四自由度SCARA机器人视觉伺服系统组成1998.7.2博实四自由度SCARA机器人视觉伺服控制系统控制程序的开发设计204本章小结205思考与练习题206参考文献206第9章机器人编程2079.1概述2079.1.1机器人编程的意义2079.1.2机器人编程系统应实现的功能2079.1.3机器人编程类型2079.2示教编程2079.2.1示教编程的类型2079.2.2示教编程的过程2099.2.3示教装置或软件应具备的基本功能2099.3机器人语言2099.3.1机器人语言的类型2099.3.2机器人语言的发展过程2109.3.3机器人语言系统的结构和基本功能2159.4机器人离线编程2159.4.1什么是机器人离线编程2159.4.2离线编程与示教编程的对比2169.4.3机器人离线编程系统的结构2169.4.4机器人离线编程的主要内容2169.5RV-M1机器人的编程2169.5.1RV-M1机器人编程系统的硬件构成2169.5.2RV-M1机器人编程系统的软件构成2179.5.3在线示教编程的操作顺序2179.5.4示教盒上各个按钮开关的介绍2179.5.5在线编程软件——COSIPROG2199.5.6离线编程与仿真软件——COSIMIR2219.5.7三菱RV-M1机器人的指令系统2239.5.8三菱RV-M1机器人样例程序一2249.5.9三菱RV-M1机器人样例程序二2259.6博实四自由度SCARA机器人的编程2279.6.1博实四自由度SCARA机器人编程系统组成2279.6.2RBT-4S01S——机器人控制系统软件功能2279.6.3MAC-3002SSP4系列伺服电动机控制卡调试系统2279.6.4机器人示教再现的过程229本章小结229思考与练习题229参考文献230第3篇工业机器人实战与应用篇第10章工业机器人设计实战23110.1工业机器人设计概述23110.1.1什么是设计23110.1.2工业机器人设计思想23110.1.3机械电子系统的设计特点23210.1.4嵌入式物联网控制系统设计23310.1.5工业机器人机械系统设计理念24310.1.6工业机器人控制系统设计理念24510.2工业机器人机械系统设计24610.2.1工业机器人机械结构特点24610.2.2驱动装置24610.2.3机械传动装置25510.2.4空间坐标结构形式的选择25610.2.5安装方式的选择25710.2.6手部设计25710.2.7手腕设计26010.2.8臂部设计26110.2.9机身设计26310.2.10工业机器人的机座结构26510.2.11平衡系统设计26710.2.12缓冲与定位机构26710.2.13材料的选择26810.3工业机器人控制系统设计26810.3.1工业机器人的运动控制过程26810.3.2工业机器人的运动控制系统的总体架构26910.3.3工业机器人控制系统结构方式27010.3.4工业机器人控制系统的硬件设计27210.3.5工业机器人控制系统的软件设计27710.3.6智能机器人控制系统27810.4工业机器人设计实例27810.4.1RV-M1机器人的机械系统27810.4.2RV-M1机器人的控制系统27910.4.3汇博多控模块化机器人的机械结构设计28210.4.4汇博多控模块化机器人的控制系统282本章小结284思考与练习题285参考文献285第11章工业机器人在智能制造中的应用28611.1智能制造系统28611.1.1制造技术的定义28611.1.2工业革命的发展28611.1.3智能制造28711.2信息物理系统29211.3机器人在智能制造中的应用297本章小结301思考与练习题301参考文献301

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