本書通過理論講解與實例解析相結(jié)合的方式，詳細介紹了機器人機構(gòu)設(shè)計的過程和要點。主要內(nèi)容包括:機器人機構(gòu)總體設(shè)計、機器人驅(qū)動機構(gòu)、機器人傳動機構(gòu)、機器人機身與臂部機構(gòu)、機器人腕部機構(gòu)、機器人手部機構(gòu)、機器人移動機構(gòu)。各類機構(gòu)都有典型實例解析，最后一章詳細講解了機器人機構(gòu)設(shè)計的綜合實例。
本書內(nèi)容清晰，系統(tǒng)性強，可以為從事機器人設(shè)計與研發(fā)的科研人員、技術(shù)人員提供幫助，也可供高校相關(guān)專業(yè)的師生學習參考。
姜金剛，博士，哈爾濱理工大學，副教授，博導，哈爾濱理工大學博士生導師、校青年拔尖創(chuàng)新人才、校青年五四獎?wù)芦@得者、黑龍江省青年創(chuàng)新人才計劃入選者、省博士后青年英才計劃入選者、省技術(shù)創(chuàng)新方法研究會理事、創(chuàng)新方法研究會教育專委會常務(wù)委員、國家自然科學基金同行評議專家。在研科研項目5項、完成科研項目12項,發(fā)表論文48篇(其中被SCI收錄12篇、EI收錄34篇)，編寫教材2部、授權(quán)專利89項、其中發(fā)明專利10項。目前在讀研究生8名，畢業(yè)碩士5名。指導的碩士研究生9人次獲得國家獎學金，5人次獲得黑龍江省三好學生稱號。作為指導教師指導學生獲得各類科技競賽一等獎9項、二等獎13項、三等獎6項，省級一等獎1項、二等獎3項。主要研究領(lǐng)域為口腔修復機器人、教育機器人、仿生機器人、高壓靜電紡絲和TRIZ的相關(guān)理論和應用。任2017年機械工程進展雜志客座主編，國家自然科學基金同行評議專家，IEEE Transactions on Industrial Electronics, International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery, Robotica, Journal of Intelligent and Fuzzy Systems, Industrial Robot: An International Journal, Computers in Biology and Medicine, Journal of Medical Systems, Chinese Journal of Mechanical Engineering, Materials and Design, Journal of Intelligent Manufacturing等SCI檢索和機器人自動化學報, Recent Patents on Mechanical Engineering, Journal of Automation and Control Engineering等EI檢索國際期刊審稿人。
第1章概論1
1.1機器人的概念1
1.2機器人的發(fā)展歷史3
1.2.1古代機器人3
1.2.2近代機器人4
1.2.3現(xiàn)代機器人8
1.3機器人的分類11
1.3.1以應用領(lǐng)域進行分類11
1.3.2以運動方式進行分類16
1.3.3以使用空間進行分類20
1.3.4以編程和控制方式進行分類24
1.3.5以機械結(jié)構(gòu)進行分類25
1.4機器人技術(shù)發(fā)展趨勢26
參考文獻27
第2章機器人機構(gòu)總體設(shè)計29
2.1系統(tǒng)分析29
2.1.1機器人系統(tǒng)的功能29
2.1.2機器人系統(tǒng)的組成29
2.1.3機器人系統(tǒng)的分類31
2.2技術(shù)設(shè)計31
2.2.1基本參數(shù)確定31
2.2.2行走方式選擇33
2.2.3傳感器系統(tǒng)布局37
2.2.4機械結(jié)構(gòu)設(shè)計39
2.3仿真分析41
2.3.1運動學計算41
2.3.2動力學計算45
2.3.3運動空間分析48
參考文獻50
第3章機器人驅(qū)動機構(gòu)51
3.1電機驅(qū)動51
3.1.1直流電機驅(qū)動方式53
3.1.2伺服電機驅(qū)動方式55
3.1.3步進電機驅(qū)動方式57
3.1.4直線電機驅(qū)動方式58
3.2液壓驅(qū)動60
3.2.1直線液壓驅(qū)動裝置61
3.2.2回轉(zhuǎn)液壓驅(qū)動裝置62
3.2.3機器人中液壓驅(qū)動裝置的使用66
3.2.4液壓閥69
3.3氣動驅(qū)動72
3.3.1直線氣動驅(qū)動裝置73
3.3.2回轉(zhuǎn)氣動驅(qū)動裝置75
3.3.3機器人中氣動驅(qū)動裝置的使用76
3.4新型驅(qū)動方式78
3.4.1磁致伸縮驅(qū)動78
3.4.2形狀記憶合金驅(qū)動80
3.4.3超聲波驅(qū)動83
3.4.4人工肌肉驅(qū)動84
3.4.5靜電驅(qū)動84
3.4.6壓電驅(qū)動85
3.4.7光驅(qū)動85
3.4.8聚合物驅(qū)動85
3.4.9響應水凝膠軟體機器人90
3.4.10其他機器人驅(qū)動方式91
參考文獻91
第4章機器人傳動機構(gòu)98
4.1機器人傳動的基本概念98
4.1.1機器人的傳動機構(gòu)98
4.1.2機器人中的機械傳動98
4.2齒輪傳動99
4.2.1齒輪的種類99
4.2.2各種齒輪結(jié)構(gòu)及特點100
4.2.3齒輪傳動機構(gòu)的速比105
4.2.4輪系傳動105
4.3絲杠傳動116
4.3.1普通絲杠傳動116
4.3.2滾珠絲杠傳動117
4.3.3行星輪式絲杠118
4.4帶傳動和鏈傳動118
4.4.1帶傳動118
4.4.2鏈傳動121
4.5繩傳動與鋼帶傳動124
4.5.1繩傳動124
4.5.2鋼帶傳動126
4.6連桿傳動126
4.6.1連杄機構(gòu)及其傳動特點127
4.6.2平面四桿機構(gòu)的類型和應用127
4.6.3平面四桿機構(gòu)的基礎(chǔ)知識130
4.7凸輪傳動132
4.7.1凸輪的基本結(jié)構(gòu)132
4.7.2凸輪的分類及特點132
4.8傳動機構(gòu)的定位與消隙135
4.8.1傳動件的定位135
4.8.2傳動件的消隙136
4.9應用實例143
4.9.1仿生螃蟹機器人的傳動設(shè)計143
4.9.2自適應機械手的傳動設(shè)計145
4.9.3履帶機器人的傳動設(shè)計148
參考文獻148
第5章機器人機身與臂部機構(gòu)151
5.1機器人機身與臂部定義151
5.2機身與臂部機構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵問題151
5.2.1剛度因素151
5.2.2精度因素152
5.2.3平穩(wěn)性因素152
5.2.4其他因素153
5.3機身結(jié)構(gòu)基本形式與特點153
5.3.1圓柱坐標式機器人154
5.3.2球面坐標式機器人154
5.3.3關(guān)節(jié)坐標式機器人154
5.3.4直角坐標式機器人154
5.4臂部結(jié)構(gòu)基本形式與特點155
5.4.1臂部典型機構(gòu)155
5.4.2機器人臂部材料選擇159
5.5機器人平穩(wěn)性與臂桿平衡方法160
5.5.1配重平衡160
5.5.2彈簧力平衡161
5.5.3氣缸平衡機構(gòu)162
5.5.4機械臂重力平衡機構(gòu)實例162
5.6典型臂部機構(gòu)設(shè)計實例163
5.6.1采摘機械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計163
5.6.21P2R前列腺活檢機器人機械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計164
5.6.3六自由度植牙手術(shù)機器人機械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計169
5.6.4一種鑿巖機器人機械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計170
5.6.5助老助殘輪椅用繩傳動機械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計171
5.6.6仿生機械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計172
5.6.7移栽機機械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計173
參考文獻174
第6章機器人腕部機構(gòu)175
6.1腕部的概念175
6.2腕部自由度與分類176
6.2.1腕部的自由度176
6.2.2腕部的分類177
6.3腕部典型結(jié)構(gòu)182
6.3.1單自由度手腕182
6.3.2二自由度手腕182
6.3.3三自由度手腕184
6.4柔順手腕機構(gòu)設(shè)計185
6.4.1主動柔順手腕185
6.4.2被動柔順手腕186
6.5機器人末端執(zhí)行器快換裝置187
6.5.1機器人末端執(zhí)行器快換裝置的概念187
6.5.2機器人末端執(zhí)行器快換系統(tǒng)的組成及工作原理187
6.5.3自動更換裝置關(guān)鍵技術(shù)研究189
6.5.4機器人末端執(zhí)行器快換裝置設(shè)計實例191
6.6典型腕部機構(gòu)設(shè)計實例194
6.6.1噴涂機器人手腕結(jié)構(gòu)194
6.6.2熱鍛操作工業(yè)機器人手腕結(jié)構(gòu)194
6.6.3時代工業(yè)機器人TIR6手腕結(jié)構(gòu)195
6.6.4時代工業(yè)機器人TIR20手腕結(jié)構(gòu)196
6.6.5KUKA KR30-3機器人手腕結(jié)構(gòu)197
6.6.6FANUC ARC Mate100iC機器人手腕結(jié)構(gòu)198
6.6.7Trallfa-4000型機器人的傳動機構(gòu)198
6.6.8單齒球面齒輪傳動的柔順手腕199
6.6.9全方位關(guān)節(jié)并聯(lián)機構(gòu)199
參考文獻200
第7章機器人手部機構(gòu)201
7.1機器人手部概述201
7.2機器人手部分類201
7.2.1按用途分類202
7.2.2按夾持原理分類202
7.3夾鉗式手部機構(gòu)205
7.3.1夾鉗式手部組成205
7.3.2手指結(jié)構(gòu)形式206
7.3.3夾鉗式手部的傳動機構(gòu)208
7.3.4夾鉗式手部機構(gòu)驅(qū)動方式210
7.3.5夾鉗式手部機構(gòu)實例210
7.4氣吸式手部機構(gòu)211
7.4.1真空吸附式211
7.4.2氣流負壓氣吸式212
7.4.3擠壓排氣負壓氣吸式212
7.5磁吸式手部機構(gòu)212
7.6其他手部機構(gòu)213
7.6.1撓性手部機構(gòu)213
7.6.2類人手部機構(gòu)214
7.6.3無驅(qū)動裝置的手指類手部機構(gòu)形式215
7.7典型手部機構(gòu)設(shè)計實例217
7.7.1氣動類人仿生機械手設(shè)計實例217
7.7.2電磁驅(qū)動機械手機構(gòu)設(shè)計實例220
參考文獻228
第8章機器人移動機構(gòu)229
8.1機器人移動機構(gòu)的概念229
8.2機器人移動機構(gòu)的分類229
8.3第七軸移動機構(gòu)229
8.3.1第七軸移動機構(gòu)介紹229
8.3.2第七軸機構(gòu)的特點230
8.3.3第七軸的形式與應用230
8.4車輪式移動機構(gòu)230
8.4.1單輪移動機構(gòu)230
8.4.2雙輪移動機構(gòu)236
8.4.3多輪移動機構(gòu)237
8.5履帶式移動機構(gòu)242
8.6腿足式移動機構(gòu)246
8.6.1兩足機器人移動機構(gòu)246
8.6.2四足機器人移動機構(gòu)247
8.6.3六足機器人移動機構(gòu)249
8.7復合移動機構(gòu)251
8.7.1跳躍式機器人移動機構(gòu)251
8.7.2軟體移動機構(gòu)251
8.8典型移動機構(gòu)設(shè)計案例252
8.8.1輪式移動機器人案例252
8.8.2履帶式機器人案例253
8.8.3雙足步行機器人案例254
參考文獻255
第9章機器人機構(gòu)設(shè)計實例259
9.1八自由度噴涂機器人機械系統(tǒng)的設(shè)計259
9.1.1總體方案設(shè)計259
9.1.2機械結(jié)構(gòu)設(shè)計263
9.1.3機械傳動設(shè)計268
9.1.4驅(qū)動傳動裝置選型270
9.2八自由度噴涂機器人結(jié)構(gòu)分析273
9.2.1機器人結(jié)構(gòu)的強度、剛度與定位精度的關(guān)系274
9.2.2機器人結(jié)構(gòu)的靜力學特性分析275
9.2.3關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析282
9.3基于虛擬樣機的機器人運動學與動力學仿真285
9.3.1機器人結(jié)構(gòu)運動學分析285
9.3.2機器人結(jié)構(gòu)的動力學分析290
9.3.3六自由度噴涂機器人結(jié)構(gòu)的運動仿真分析293
參考文獻300
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