机器人学基础及应用技术

**部分 机器人基础 第1章 绪论 2 1.1 机器人的定义 2 1.2 机器人的发展历程 3 1.3 机器人的分类 6 1.4 机器人的专业术语 9 1.5 机器人的主要研究方向 12 习题 13 第2章 工业机器人系统组成 14 2.1 工业机器人系统组成 14 2.2 驱动系统 15 2.2.1 驱动动力源 15 2.2.2 直线驱动机构 16 2.2.3 旋转驱动机构 16 2.3 机身结构 18 2.4 臂部结构 20 2.4.1 臂部特性 20 2.4.2 关节型机器人电动机布置 21 2.5 腕部结构 22 2.5.1 手腕的分类 23 2.5.2 六自由度关节型机器人的关节布置与结构特点 24 2.6 手部结构 25 2.6.1 机械式手部结构 26 2.6.2 吸附式手部结构 26 习题 28 第二部分 机器人理论 第3章 空间描述与变换 30 3.1 刚体位姿的描述方法 30 3.1.1 刚体位置的描述 30 3.1.2 刚体姿态的描述 30 3.1.3 刚体位姿的描述 32 3.2 点的坐标变换 32 3.2.1 平移变换 32 3.2.2 旋转变换 33 3.2.3 复合旋转变换 36 3.2.4 固定角变换 36 3.2.5 齐次变换 38 3.2.6 复合齐次变换 40 3.2.7 齐次变换的逆变换 40 3.2.8 机器人连杆间的变换方程 41 3.3 刚体姿态的其他描述方法 42 3.3.1 欧拉角 42 3.3.2 RPY角 44 3.3.3 四元数 44 3.4 Matlab仿真 48 3.4.1 Matlab机器人工具包简介 48 3.4.2 RTB的安装 49 3.4.3 使用RTB描述位姿 49 习题 55 第4章 机器人正运动学 57 4.1 连杆与关节 57 4.2 广义连杆 58 4.2.1 连杆长度和连杆扭转角 58 4.2.2 连杆偏距和关节角 59 4.3 机器人正运动学 60 4.3.1 机器人连杆坐标系的定义 60 4.3.2 机器人连杆参数的定义 62 4.3.3 机器人正运动学方程的建立(改进D-H模型) 62 4.3.4 机器人正运动学方程的建立(标准D-H模型) 67 4.4 机器人正运动学实例 71 4.4.1 PUMA 560的正运动学方程 71 4.4.2 IRB120的正运动学方程 74 4.5 Matlab仿真 77 4.5.1 使用Matlab机器人工具包仿真串联机械臂 77 4.5.2 PUMA 560正运动学仿真 80 4.5.3 IRB120正运动学仿真 88 习题 90 第5章 机器人逆运动学 94 5.1 机器人的工作空间 94 5.2 机械臂的奇异性 96 5.3 机器人逆运动学求解 98 5.3.1 代数解法 98 5.3.2 几何解法 101 5.3.3 Pieper解法 102 5.4 机器人逆运动学实例 106 5.4.1 PUMA 560的逆运动学求解 106 5.4.2 IRB120的逆运动学求解 109 5.5 Matlab仿真 111 5.5.1 机械臂工作空间仿真 111 5.5.2 机械臂逆运动学仿真 112 5.5.3 机械臂运动轨迹仿真 118 5.5.4 机械臂奇异点仿真 119 习题 121 第6章 机器人静力学 122 6.1 机器人静力学分析 122 6.1.1 位置和姿态随时间变化的描述 122 6.1.2 刚体的线速度、角速度、线加速度和角加速度 124 6.1.3 机器人连杆间的速度传递 126 6.1.4 雅可比矩阵 129 6.2 静力分析 132 习题 136 第7章 机器人动力学 137 7.1 刚体的质量分布 137 7.2 机器人动力学方程 139 7.2.1 牛顿-欧拉递推动力学方程 139 7.2.2 操作臂动力学方程的状态空间形式和位形空间形式 145 7.2.3 操作臂动力学的拉格朗日方程 146 7.2.4 笛卡儿空间中的机械臂动力学 148 7.3 Matlab仿真 151 7.3.1 PUMA 560逆动力学仿真 151 7.3.2 PUMA 560正动力学仿真 157 习题 159 第三部分 机器人实操 第8章 工业机器人的操作方法 162 8.1 发那科工业机器人的构成 162 8.1.1 机器人本体 162 8.1.2 机器人控制柜 163 8.1.3 示教器 164 8.2 工业机器人的操作 167 8.2.1 机器人点动 167 8.2.2 机器人坐标系 168 8.2.3 程序编写 177 8.3 机器人程序执行与远程启动 192 8.3.1 示教器启动 193 8.3.2 信号分配 194 8.3.3 控制柜操作面板启动 201 8.3.4 外围设备信号启动 201 8.4 工业机器人安全规范 205 8.4.1 机器人的使用环境 205 8.4.2 安全操作规范 206 8.5 实操练习 206 8.5.1 基础 206 8.5.2 提升 207 8.5.3 进阶 207 第9章 工业机器人案例实践 209 9.1 项目案例(三工位协同上下料) 209 9.1.1 项目概述 209 9.1.2 项目分解与思考 210 9.1.3 项目现场编程 211 9.1.4 项目总结 213 9.2 项目实操任务 214 9.2.1 项目一(机器人自动打磨工作站) 214 9.2.2 项目二(机器人视觉分拣) 215 参考文献 216