本書系統(tǒng)地介紹了機器人技術(shù)的基礎(chǔ)知識和應用實例以及機器人競賽的有關(guān)知識，比較全面地反映了國內(nèi)外機器人研究和應用的*進展。全書共分為9章。主要內(nèi)容有機器人的基本概念與分類、基本組成、技術(shù)參數(shù)，機器人的運動學和動力學，機器人的軌跡規(guī)劃，機器人的控制，機器人傳感器，焊接、噴漆、裝配、潔凈與真空機器人、移動式搬運機器人等工業(yè)機器人的應用實例，移動機器人定位與導航，以及機器人競賽的種類及應用實例。
本書可作為從事機器人學研究、開發(fā)和應用的科研工作者和工程技術(shù)人員的參考書，也可以作為高等院校自動控制、機械工程、電子工程、機電一體化等相關(guān)專業(yè)本科生和研究生的教材。
本書是作者結(jié)合多年來在機器人方面的教學和科研成果與經(jīng)驗，精心組織和編寫的。系統(tǒng)地介紹機器人技術(shù)，滿足高等院校師生和廣大工程技術(shù)人員的迫切需求。在內(nèi)容的選擇和編排上，注重理論與工程應用的結(jié)合、基礎(chǔ)知識與現(xiàn)代技術(shù)的結(jié)合；在理論方面，包括機器人的基本概念與分類，機器人的運動學和動力學，機器人的運動規(guī)劃，機器人的控制技術(shù)和傳感器技術(shù)，能反映當前國內(nèi)外機器人技術(shù)研究的*進展；在應用方面，不僅有焊接機器人、噴漆機器人、裝配機器人、潔凈機器人與真空機器人、移動式搬運機器人等工業(yè)機器人的應用，而且還包括移動機器人定位與導航和機器人大賽方面的相關(guān)知識與應用實例。應用實例豐富、生動，拓展學生的視野。講解簡明概括，易于理解，內(nèi)容包括機器人的基本概念、分類，機器人的運動學和動力學、運動規(guī)劃、控制技術(shù)、傳感器等。內(nèi)容豐富，圖文并茂，應用領(lǐng)域廣泛，可作為機械、自動化及計算機等專業(yè)本科高年級學生或研究生的教材，也可供從事機器人學研究的科研人員學習和參考。
前言Foreword
機器人技術(shù)是20世紀人類最偉大的發(fā)明之一。隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)、微電子技術(shù)、材料技術(shù)等的迅速發(fā)展和社會的進步，現(xiàn)代機器人不僅廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)和制造業(yè)，而且在航天、海洋探測、危險或惡劣環(huán)境，以及日常生活和教育娛樂等領(lǐng)域獲得了大量應用。各種各樣的機器人不但已經(jīng)成為現(xiàn)代高科技的應用載體，而且自身也迅速發(fā)展成為一個相對獨立的研究領(lǐng)域與交叉技術(shù)，形成了特有的理論研究和學術(shù)發(fā)展方向。機器人學是一門集機械、電子、控制及計算機等多個技術(shù)的綜合性前沿學科。為了順應機器人從傳統(tǒng)的工業(yè)機器人逐步走向千家萬戶的發(fā)展趨勢，拓展學生的視野，展示機器人的廣闊應用領(lǐng)域，本書綜合應用多個相關(guān)學科的知識，系統(tǒng)地講解了機器人技術(shù)的基礎(chǔ)知識、相關(guān)先進理論和技術(shù)以及應用實例。在內(nèi)容編排方面，注重理論與工程實際的結(jié)合、基礎(chǔ)知識與現(xiàn)代技術(shù)的結(jié)合，并附有機器人大賽的相關(guān)知識與應用實例。希望讀者通過閱讀和學習這本書，感受到從事機器人相關(guān)研究的樂趣。本書共分為9章，第1章主要講解機器人的基礎(chǔ)知識，包括機器人的基本概念與分類、機器人系統(tǒng)的基本組成、機器人的技術(shù)參數(shù)、機器人的應用以及機器人大賽的相關(guān)知識；第2章主要介紹機器人的運動學；第3章介紹機器人的動力學；第4章介紹機器人軌跡規(guī)劃的相關(guān)知識；第5章介紹機器人的控制，包括機器人的位置控制、力控制、力/位置混合控制、現(xiàn)代控制技術(shù)、智能控制技術(shù)、機器人編程語言以及機器人控制系統(tǒng)應用實例；第6章介紹機器人的傳感器，包括機器人常用的內(nèi)部傳感器、外部傳感器以及智能傳感器；第7章列舉了焊接機器人、噴漆機器人、裝配機器人、潔凈機器人與真空機器人、移動式搬運機器人的應用實例；第8章介紹移動機器人定位與導航的相關(guān)知識；第9章以設計具有實時顯示速度、自動尋跡、避障以及可遙控行駛等功能的智能車為實例，闡述了其硬件及軟件設計，最后介紹了Arduino的相關(guān)知識。 本書第1章由郭彤穎、安冬編寫，第2～4章由郭彤穎、王海忱編寫，第5章由郭彤穎、徐立輝、安冬編寫，第6章由郭彤穎、張輝、李寧寧編寫，第7章由郭彤穎、劉冬莉、劉雍編寫，第8章由郭彤穎、徐力編寫，第9章由安冬編寫。全書由郭彤穎、安冬統(tǒng)稿。本書的編寫參考了國內(nèi)外學者的大量論著和資料，限于篇幅，不能在書中詳盡列出，謹在此對其作者表示衷心的謝意。本書在編寫過程中，得到了清華大學出版社的大力支持，在此表示衷心的感謝！由于機器人技術(shù)一直處于不斷發(fā)展之中，再加上時間倉促、編者水平有限，難以全面、完整地對當前的研究前沿和熱點問題一一進行探討。書中存在不足和疏漏之處，敬請讀者給予批評指正。
編者◆機器人技術(shù)基礎(chǔ)及應用
目錄Contents
第1章緒論11.1機器人的基本概念與分類11.1.1機器人的基本概念11.1.2機器人的分類21.2機器人系統(tǒng)的基本組成61.3機器人的技術(shù)參數(shù)81.4機器人的應用101.5機器人競賽19習題23第2章機器人的運動學242.1位置與姿態(tài)的描述242.2坐標變換262.3齊次坐標變換282.4機器人正向運動學322.4.1正向運動方程的變換矩陣322.4.2正向運動方程的求解352.5機器人逆向運動學402.5.1逆向運動學問題的多解性與可解性402.5.2逆向運動方程的求解412.6移動機器人的運動學模型50習題52第3章機器人的動力學533.1拉格朗日法533.2機器人動力學方程573.2.1n自由度機器人操作臂動力學方程57◆機器人技術(shù)基礎(chǔ)及應用目錄3.2.2機器人操作臂動力學方程系數(shù)的簡化593.2.3考慮非剛體效應的動力學模型603.3動力學仿真61習題62第4章機器人的運動規(guī)劃634.1機器人軌跡規(guī)劃634.1.1關(guān)節(jié)空間描述與直角坐標空間描述644.1.2軌跡規(guī)劃的基本原理654.2關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃684.3直角坐標空間的軌跡規(guī)劃74習題77第5章機器人控制785.1機器人控制概述785.1.1機器人控制系統(tǒng)及其功能785.1.2機器人控制系統(tǒng)的特點795.1.3機器人的控制方式805.2機器人的位置控制805.3機器人的力控制865.3.1質(zhì)量\|彈簧系統(tǒng)的力控制875.3.2力/位置混合控制885.4機器人的現(xiàn)代控制技術(shù)915.4.1機器人的自適應控制915.4.2機器人的滑模變結(jié)構(gòu)控制965.4.3機器人的學習控制995.5機器人的智能控制1025.5.1機器人智能化發(fā)展趨勢1025.5.2機器人智能控制的特點1025.5.3機器人模糊控制應用實例1035.6機器人編程語言1055.7幾種典型的機器人控制系統(tǒng)舉例1095.7.1PUMA562機器人控制系統(tǒng)1095.7.2FANAC機器人控制系統(tǒng)117習題118第6章機器人傳感器1196.1機器人傳感器概述1196.2常用的內(nèi)部傳感器1246.2.1位置傳感器1246.2.2速度傳感器1276.2.3加速度傳感器1296.2.4傾斜角傳感器1306.2.5力覺傳感器1316.3常用外部傳感器1336.3.1視覺傳感器1336.3.2觸覺傳感器1376.3.3接近度傳感器1396.3.4激光傳感器1456.4智能傳感器1466.4.1智能傳感器概述1466.4.2智能傳感器的功能與特點1526.4.3智能傳感器的實現(xiàn)技術(shù)1546.4.4智能傳感器在智能機器人中的應用157第7章工業(yè)機器人應用實例1597.1焊接機器人1597.1.1點焊機器人1597.1.2弧焊機器人1637.2噴漆機器人1727.2.1液壓噴漆機器人1737.2.2電動噴漆機器人1757.3裝配機器人1767.3.1裝配機器人的系統(tǒng)組成1777.3.2裝配機器人的常用傳感器1787.3.3裝配機器人的多傳感器信息融合系統(tǒng)1847.4潔凈機器人與真空機器人1857.4.1潔凈環(huán)境和真空環(huán)境1857.4.2潔凈機器人1857.4.3真空機器人1877.5移動式搬運機器人1887.5.1自動導引小車系統(tǒng)的組成1897.5.2自動導引小車的導引方式190第8章移動機器人的定位與導航1938.1移動機器人的定位1938.2環(huán)境地圖的表示1958.3移動機器人的路徑規(guī)劃1978.4移動機器人的導航200習題202第9章機器人競賽應用實例2049.1單片機基礎(chǔ)知識2049.2單片機常用開發(fā)軟件2079.3系統(tǒng)硬件設計2129.4控制方法及程序設計2189.5Arduino應用實例226參考文獻238
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