目錄
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 機(jī)器人的概念 1
1.3 機(jī)器人的發(fā)展歷史 2
1.3.1 古代機(jī)器人的發(fā)展 2
1.3.2 現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展 3
1.4 機(jī)器人的組成 6
1.5 機(jī)器人的分類 8
1.5.1 按機(jī)器人的幾何結(jié)構(gòu)分類 8
1.5.2 按機(jī)器人的控制方式分類 11
1.5.3 按機(jī)器人的主要用途分類 11
1.6 機(jī)器人的常見圖形符號(hào) 12
1.7 機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù) 13
1.7.1 機(jī)器人的自由度 14
1.7.2 機(jī)器人的工作空間 15
1.7.3 機(jī)器人的最大工作速度 16
1.7.4 機(jī)器人的承載能力 16
1.7.5 機(jī)器人的分辨率和精度 16
1.7.6 典型機(jī)器人的技術(shù)參數(shù) 16
1.8 小結(jié) 17
習(xí)題 18
第2章 串聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué) 19
2.1 概述 19
2.2 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)描述的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 20
2.2.1 剛體位姿描述 20
2.2.2 坐標(biāo)變換 20
2.2.3 變換方程 22
2.3 機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué) 23
2.3.1 連桿參數(shù)與連桿坐標(biāo)系 23
2.3.2 連桿變換與運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 25
2.3.3 UR5機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)例 27
2.4 機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué) 29
2.4.1 逆解的可解性 29
2.4.2 逆解的求解方法 30
2.4.3 UR5運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解 32
2.5 機(jī)器人的雅可比矩陣 35
2.5.1 剛體的線速度和角速度 35
2.5.2 機(jī)器人連桿的運(yùn)動(dòng) 37
2.5.3 連桿間的速度傳遞 37
2.5.4 速度雅可比矩陣 40
2.5.5 UR5機(jī)器人的速度雅可比矩陣實(shí)例 43
2.5.6 奇異性 44
2.5.7 力雅可比矩陣 45
2.6 機(jī)器人軌跡規(guī)劃 47
2.6.1 路徑描述與生成 47
2.6.2 三次多項(xiàng)式插值 47
2.6.3 過路徑點(diǎn)的三次多項(xiàng)式插值 49
2.6.4 五次多項(xiàng)式插值 50
2.7 機(jī)器人動(dòng)力學(xué) 52
2.7.1 牛頓-歐拉方程 52
2.7.2 牛頓-歐拉動(dòng)力學(xué) 53
2.7.3 第二類拉格朗日方程 56
2.7.4 拉格朗日動(dòng)力學(xué) 57
2.8 小結(jié) 59
習(xí)題 60
第3章 并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué) 64
3.1 概述 64
3.2 運(yùn)動(dòng)學(xué) 65
3.2.1 逆運(yùn)動(dòng)學(xué) 65
3.2.2 正運(yùn)動(dòng)學(xué) 66
3.3 奇異性 67
3.3.1 奇異性分類 68
3.3.2 奇異性和靜力學(xué) 69
3.3.3 奇異性和運(yùn)動(dòng)學(xué) 69
3.4 工作空間 70
3.4.1 工作空間的極限、表示和類型 70
3.4.2 工作空間的計(jì)算方法 71
3.4.3 數(shù)值方法 72
3.5 動(dòng)力學(xué) 72
3.5.1 動(dòng)力學(xué)的意義 72
3.5.2 動(dòng)力學(xué)模型 73
3.5.3 閉鏈動(dòng)力學(xué) 74
3.6 實(shí)例分析 74
3.6.1 6-UPS機(jī)構(gòu)概述 74
3.6.2 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 75
3.6.3 各構(gòu)件的速度 75
3.6.4 各構(gòu)件的加速度 76
3.6.5 雅可比矩陣 77
3.6.6 奇異性與工作空間 77
3.6.7 動(dòng)力學(xué)分析 78
3.7 小結(jié) 82
習(xí)題 83
第4章 機(jī)器人傳感與驅(qū)動(dòng) 84
4.1 概述 84
4.2 機(jī)器人感知系統(tǒng) 85
4.2.1 傳感器的基礎(chǔ)知識(shí) 85
4.2.2 傳感器的性能指標(biāo) 85
4.2.3 機(jī)器人對(duì)傳感器的要求 87
4.2.4 機(jī)器人傳感器的分類 88
4.2.5 常用的內(nèi)部傳感器 89
4.2.6 常用的外部傳感器 97
4.3 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 107
4.3.1 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類 107
4.3.2 液壓驅(qū)動(dòng) 108
4.3.3 氣壓驅(qū)動(dòng) 108
4.3.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 109
4.3.5 智能材料驅(qū)動(dòng) 110
4.4 小結(jié) 112
習(xí)題 112
第5章 機(jī)器人控制技術(shù) 113
5.1 概述 113
5.2 機(jī)器人控制方法 113
5.2.1 機(jī)器人控制問題 113
5.2.2 機(jī)器人位置控制 114
5.2.3 機(jī)器人力控制 117
5.2.4 機(jī)器人智能控制 120
5.3 機(jī)器人控制裝置 125
5.3.1 機(jī)器人控制系統(tǒng)基礎(chǔ) 125
5.3.2 嵌入式機(jī)器人控制系統(tǒng) 128
5.3.3 以PLC為核心的機(jī)器人
控制系統(tǒng) 129
5.3.4 基于運(yùn)動(dòng)控制器的機(jī)器人
控制系統(tǒng) 131
5.3.5 總線式機(jī)器人控制系統(tǒng) 133
5.4 典型機(jī)器人控制系統(tǒng)實(shí)例 135
5.4.1 機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 135
5.4.2 6-UPS并聯(lián)機(jī)器人控制算法設(shè)計(jì) 136
5.4.3 6-UPS并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)構(gòu)建 138
5.5 小結(jié) 142
習(xí)題 143
第6章 機(jī)器人的應(yīng)用 144
6.1 概述 144
6.2 機(jī)器人在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用 144
6.2.1 航空航天機(jī)器人發(fā)展歷史 144
6.2.2 面向航空航天制造裝配的機(jī)器人 145
6.2.3 面向太空作業(yè)的空間機(jī)器人 149
6.2.4 航空航天機(jī)器人展望 150
6.3 機(jī)器人在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用 151
6.3.1 軍用機(jī)器人發(fā)展歷史 151
6.3.2 地面軍用機(jī)器人 152
6.3.3 空中軍用機(jī)器人 154
6.3.4 水下軍用機(jī)器人 155
6.3.5 軍用機(jī)器人展望 157
6.4 機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用 157
6.4.1 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展歷史 157
6.4.2 工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù) 158
6.4.3 工業(yè)機(jī)器人典型應(yīng)用案例 159
6.4.4 工業(yè)機(jī)器人展望 163
6.5 機(jī)器人在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用 164
6.5.1 醫(yī)療機(jī)器人發(fā)展歷史 164
6.5.2 功能恢復(fù)與輔助型康復(fù)機(jī)器人 165
6.5.3 功能代償型康復(fù)設(shè)備 168
6.5.4 手術(shù)機(jī)器人 170
6.5.5 醫(yī)療機(jī)器人展望 172
6.6 機(jī)器人在服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用 172
6.6.1 服務(wù)機(jī)器人發(fā)展歷史 172
6.6.2 服務(wù)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù) 173
6.6.3 服務(wù)機(jī)器人典型應(yīng)用案例 174
6.6.4 服務(wù)機(jī)器人展望 178
6.7 機(jī)器人在教育領(lǐng)域的應(yīng)用 178
6.7.1 教育機(jī)器人發(fā)展歷史 178
6.7.2 教育機(jī)器人的特點(diǎn) 179
6.7.3 比賽類教育機(jī)器人 180
6.7.4 開發(fā)類教育機(jī)器人 181
6.7.5 教育機(jī)器人展望 184
6.8 小結(jié) 184
習(xí)題 184
參考文獻(xiàn) 185