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第1章 概论1

1.1 机器人的概念1

1.2 机器人发展历史2

1.2.1 机器人发展概况2

1.2.2 中国研制机器人情况6

1.2.3 机器人技术的发展方向7

1.3 机器人的分类9

1.4 机器人技术的应用9

【思考题】10

第2章 机器人的总体和机械结构设计11

2.1 机器人的基本组成及技术参数11

2.1.1 机器人的基本组成11

2.1.2 机器人技术参数12

2.2 机器人总体设计15

2.2.1 系统分析15

2.2.2 技术设计15

2.2.3 仿真分析19

2.3 机器人机械系统设计19

2.4.1 关节23

2.4 传动部件设计23

2.4.2 传动件的定位和消隙26

2.4.3 机器人传动机构29

2.5 行走机构设计36

2.5.1 车轮式行走机器人37

2.5.2 脚式行走机器人38

2.5.3 履带式行走机器人40

2.5.4 其他行走机器人41

2.5.5 行走机构设计应注意的问题41

2.6.1 机身的典型结构42

2.6 机身设计42

2.6.2 机身驱动力(力矩)计算44

2.6.3 机身设计要注意的问题46

2.7 臂部设计46

2.7.1 臂部设计的基本要求46

2.7.2 臂部的典型机构47

2.7.3 臂部运动驱动力计算48

2.8 手腕设计49

2.8.1 手腕的自由度和设计时应注意的问题49

2.8.2 腕部的曲型结构50

2.8.3 腕部驱支力矩的计算52

2.9.1 机器人手部的功能53

2.9.2 手部的分类及工作原理53

2.9 手部设计53

2.9.3 空气负压式手部的吸力计算58

【思考题】58

第3章 机器人运动学60

3.1 刚体的位姿描述60

3.1.1 位置的描述60

3.1.2 方位的描述60

3.1.4 手爪坐标系61

3.1.3 位姿的描述61

3.2 坐标变换62

3.3 齐次坐标和齐次变换63

3.3.1 齐次坐标63

3.3.2 齐次变换63

3.4 齐次变换矩阵的运算65

3.5 机器人常用坐标系及变换方程67

3.6 欧拉变换与RPY变换68

3.6.1 欧拉角与欧拉变换68

3.6.2 RPY角与RPY变换69

3.6.3 机械手欧拉腕和RPY腕70

3.7 机器人连杆参数及其D-H坐标变换71

3.7.1 连杆参数71

3.7.2 连杆坐标系及连杆的D-H坐标变换72

3.8 机器人运动学方程74

3.8.1 运动学方程74

3.8.2 典型机器人运动学方程75

3.9.1 机器人运动学逆解有关问题84

3.9.2 典型臂运动学逆解84

3.9 机器人逆运动学84

3.9.3 机器人运动学逆解87

【思考题】90

第4章 微分运动和雅可比矩阵93

4.1 雅可比矩阵的定义93

4.2 微分运动与广义速度94

4.3 雅可比矩阵的构造法96

4.3.1 矢量积法97

4.3.2 微分变换法97

4.4 PUMA560机器人的雅可比矩阵98

4.5 斯坦福机器人的雅可比矩阵100

4.6 逆雅可比矩阵及广义逆雅可比矩阵101

4.6.1 逆雅可比矩阵101

4.6.2 广义逆(伪逆)雅可比矩阵101

4.6.3 雅可比矩阵的奇异性103

4.7 力雅可比103

4.8 加速度关系104

【思考题】104

第5章 机器人动力学106

5.1 牛顿--欧拉运动方程106

5.2 拉格朗日动力学110

5.3 关节空间和操作空间动力学112

【思考题】113

第6章 轨迹规划和生成114

6.1 机器人规划的基本概念114

6.2 关节空间法116

6.2.1 三次多项式函数插值116

6.2.2 抛物线连接的线性函数插值120

6.3 直角坐标空间法125

6.3.1 线性函数插值125

6.3.2 圆弧插值127

6.4 轨迹的实时生成129

6.3.3 与关节空间法的比较129

6.4.1 采用关节空间法时的轨迹生成130

6.4.2 采用直角坐标空间法的轨迹生成131

6.5 路径的描述132

6.6 进一步的规划研究133

6.6.1 利用动力学模型的轨迹规划133

6.6.2 任务规划133

【思考题】134

7.1.1 机器人控制系统的特性和基本要求135

第7章 机器人控制135

7.1 机器人控制综述135

7.1.2 机器人控制方法的分类136

7.2 机器人控制系统的一般构成141

7.2.1 机器人控制的分层概念141

7.2.2 机器人控制系统的硬件构成142

7.2.3 机器人软件伺服控制器144

7.3 机器人独立关节控制146

7.3.1 以直流伺服电动机为驱动器的单关节控制146

7.3.2 以交流电机为驱动器的单关节控制150

7.4 速度控制152

7.5 加速度控制153

7.6 机器人的力控制技术155

7.7 机器人作业示教控制法157

7.7.1 示教法的分类158

7.7.2 示教信息的使用方法163

【思考题】165

8.1 传感器基本分类167

第8章 机器人传感器167

8.2 内传感器168

8.3 外传感器177

8.3.1 视觉传感器177

8.3.2 触觉传感器180

8.3.3 力觉传感器185

8.3.4 接近觉传感器188

【思考题】190

第9章 机器人视觉技术191

9.1 机器人视觉系统的基本原理191

9.2.1 摄像机的几何模型192

9.2 摄像机的图像生成模型192

9.2.2 摄像机的光学模型195

9.3 图像的初级处理197

9.3.1 图像的预处理197

9.3.2 图像的分离方法199

9.3.3 图像的重心位置及惯性矩计算202

9.4 机器人视觉系统实例203

【思考题】206

10.1 机器人在制造业中的应用207

10.1.1 焊接机器人207

第10章 机器人的应用207

10.1.2 喷漆机器人213

10.1.3 装配机器人216

10.1.4 检查、测量机器人221

10.1.5 净化机器人与真空机器人224

10.1.6 移动式搬运机器人227

10.2 非制造业用机器人的开发现状和技术课题230

10.2.1 现状230

10.2.2 未来的方向233

附录235

参考文献249