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