机器人原理及其应用PDF电子书下载

目录 1

序 1

作者的话 1

第一章　概述 1

第一节　机器人技术的发展 1

1.1.1　机器人的由来 1

1.1.2 机器人的定义 2

1.1.3 机器人技术的进展 3

第二节 机器人的特点、结构与分类 6

1.2.1 机器人的主要特点 6

1.2.2 机器人系统的结构 7

1.2.3 机器人的自由度 8

1.2.4 机器人的分类 9

第三节 机器人学与人工智能 12

1.3.1 机器人学与人工智能的关系 13

1.3.2 机器人学的主要研究课题 13

2.1.2 平面 13

1.3.3 智能机器人 14

习题 16

第二章 数学基础 17

第一节 点与平面的表示 17

2.1.1 点矢量 17

第二节 齐次坐标变换 19

2.2.1 齐次变换 19

2.2.2 平移齐次变换 19

2.2.3 旋转齐次变换 21

2.2.4 坐标系的选择 23

2.2.5 物体的变换与逆变换 25

2.2.6 变换方程初步 26

第三节 一般旋转变换 27

2.3.1 一般旋转变换公式 27

2.3.2 等效转角与转轴 29

习题 30

第三章 机械手运动学 34

第一节 机械手运动方程的表示 34

3.1.1 运动姿态与方向角 34

3.1.2 运动位置和坐标 36

3.1.3 T矩阵与A矩阵 38

3.1.4 运动方程表示举例 41

第二节 机械手运动方程的求解 44

3.2.1 欧拉变换解 45

3.2.2 滚、仰、偏变换解 48

3.2.3 球面变换解 49

3.2.4 运动方程求解举例 50

第三节 机械手的微分运动与雅可 55

比公式 55

3.3.1 微分运动 55

3.3.2 雅可比矩阵 63

3.3.3 逆雅可比矩阵 66

习题 71

第四章 机器人动力学 77

第一节 刚体动力学 77

4.1.1 刚体的动能与位能 78

4.1.2 动力学方程的两种求法 79

第二节 机械手动力学方程 84

4.2.1 速度的计算 85

4.2.2 动能和位能的计算 86

4.2.3 动力学方程的推导 88

4.2.4 动力学方程的简化 90

第三节 机械手动力学方程举例 93

4.3.1 二连杆机械手动力学方程 93

4.3.2 三连杆机械手的速度和加速度方程 95

第四节 机器人的动态特性 104

4.4.1 动态特性概述 104

4.4.2 稳定性 105

4.4.3 空间分辨度 106

4.4.4 精度 107

4.4.5 重复性 108

第五节 机械手的稳态负荷 110

4.5.1 静力和静力矩的表示 110

4.5.2 不同坐标系间静力的变换 111

4.5.3 关节力矩的确定 113

4.5.4 负荷质量的确定 114

习题 115

第五章 机器人的传动与控制 119

第一节 机器人的传动装置 119

5.1.1 对机器人传动装置的要求 119

5.1.2 液压传动装置 120

5.1.3 气压传动装置 124

5.1.4 电气传动装置 127

5.1.5 变速机构 130

第二节 机器人的基本控制原则 131

5.2.1 基本控制原则 131

5.2.2 伺服控制系统举例 133

第三节 位置控制 137

5.3.1 直流电动机传动系统数学模型 138

5.3.2 单关节位置控制器 141

5.3.3 多关节位置控制器 147

第四节 阻力控制 149

5.4.1 被动依从和主动依从 149

5.4.2 主动阻力控制 150

第五节 力和位置混合控制 154

5.5.1 作业约束与力控制 154

5.5.2 力和位置混合控制方案 156

5.5.3 力和位置混合控制系统控制规律的综合 157

第六节 机器人的最优控制 162

5.6.1 机器人机械手的最优／PID控制系统 163

5.6.2 具有非线性反馈的机械手最优动态控制 167

第七节 机器人的自适应控制 172

5.7.1 状态模型和主要结构 172

5.7.2 模型参考自适应控制器的设计 174

5.7.3 自校正自适应控制器的设计 177

5.7.4 线性摄动自适应控制器 179

习题 181

第六章 机器人传感器 184

第一节 机器人传感器的特点与分 184

类 184

6.1.1 机器人为什么需要感觉 184

6.1.2 机器人传感器的特点与分类 185

6.1.3 应用传感器时应考虑的问题 187

第二节 内传感器 189

6.2.1 位移（位置）传感器 189

6.2.2 速度和加速度传感器 193

6.2.3 力觉传感器 195

第三节 外传感器 198

6.3.1 机器人对环境的自适应能力 198

6.3.2 触觉传感器的技术要求与研究方向 200

6.3.3 典型触觉传感器 202

6.3.4 应力传感器 208

6.3.5 接近度传感器 210

6.3.6 其它外传感器 212

6.4.2 传感器导引弧焊机器人系统 214

6.4.1 应用光电传感器进行机器人零件装箱作业 214

第四节 应用举例 214

6.4.3 十六通道光反射式多传感器触觉系统 215

习题 217

第七章 机器人视觉技术 219

第一节 图象的理解与分析 219

7.1.1 视觉信息的表达方法 220

7.1.2 边缘距离的计算 221

7.1.3 表面方向的计算 224

第二节 物体形状的分析与识别 227

7.2.1 复杂形状物体的表示 227

7.2.2 三维物体的形状描述 230

7.2.3 物体形状识别方法 231

7.3.1 机器人眼 234

第三节 机器人视觉装置 234

7.3.2 视频信号数字变换器 236

7.3.3 固态视觉装置 237

第四节 机器人视觉系统举例 240

7.4.1 EYECOMⅡ机器人视觉系统 240

7.4.2 机器人三维视觉系统 242

习题 246

第八章 机器人的程序编制 250

第一节 机器人的编程语言 250

8.1.1 机器人的程序编制层级 250

8.1.2 对机器人编程语言的要求 252

8.1.3 机器人编程技术 254

8.2.1 基本程序功能 256

第二节 基本程序功能与数据结构 256

8.2.2 数据结构 258

第三节 由函数定义运动的程序编 264

制 264

8.3.1 机械手运动过程 264

8.3.2 时变函数定义的运动 265

8.3.3 末端执行装置的并入 267

第四节 微机控制机器人的程序编 268

制 268

8.4.1 机械手指挥器 268

8.4.2 模式选择程序 269

8.4.3 用BASIC语言编写的机器人程序 271

习题 280

编程 280

第五节 机器人的离线编程和自动 280

第九章 机器人规划 283

第一节 人工智能与机器人规划 283

9.1.1 人工智能与问题求解 283

9.1.2 归约在问题求解中的应用 284

9.1.3 逻辑在问题求解中的应用 286

9.1.4 高层机器人规划 287

第二节 积木世界的机器人规划 289

9.2.1 积木世界机器人问题 290

9.2.2 产生式系统及其规则 290

9.2.3 用F规则求规划序列 291

9.3.1 夏凯机器人及STRIPS系统的组成 293

第三节 STRIPS规划系统 293

9.3.2 STRIPS系统规划过程 294

9.3.3 含有多重解答的规划 296

第四节 具有学习能力的规划系统 299

9.4.1 问题的提出 300

9.4.2 PULP-I系统的结构与操作 300

方式 300

9.4.3 PULP-I的世界模型和规划 301

结果 301

第五节 分层规划 302

9.5.1 长度优先搜索 302

9.5.2 NOAH规划系统 303

划 305

9.6.1 专家系统简介 305

第六节 基于专家系统的机器人规 305

9.6.2 机器人规划专家系统 308

9.6.3 ROPES机器人规划系统 310

习题 316

第十章 机器人的应用 318

第一节 应用工业机器人必须考虑 318

的因素 318

10.1.1 任务估计 318

10.1.2 应用机器人的三大要素 319

10.1.3 使用机器人的经验准则 321

10.1.4 采用机器人的步骤 324

第二节 机器人的应用范围 325

10.2.1 用于产业部门的机器人 325

第三节 工业机器人应用举例 327

10.2.2 用于探索的机器人 327

10.2.3 服务用机器人 327

10.3.1 材料搬运机器人 328

10.3.2 焊接机器人 329

10.3.3 喷漆机器人 331

10.3.4 装配机器人 333

第四节 机器人的未来应用 336

10.4.1 机器人技术的发展趋向 336

10.4.2 机器人的未来应用 339

10.4.3 应用机器人引起的社会问题 341

习题 342

参考文献 343

英汉机器人名词术语对照表 353

CONTENTS 373