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目录 1

第1章绪论 1

1.1机器人技术的发展进程 1

1.2机器人的分类 2

1.2.1 按照机器人从低级到高级的发展程度分类 2

1.2.2按照性能指标分类 2

1.2.3 按照开发内容和目的分类 3

1.2.4按照机器人的结构形式来分类 3

1.3关节型机器人 3

1.3.1直角坐标型机器人 3

1.3.2 圆柱坐标型机器人 3

1.3.3球坐标型机器人 4

1.3.4开链连杆式关节型机器人 4

1.3.5 关节型机器人的应用 4

1.3.6移动式机器人 8

1.4 一般工业机器人的基本组成与控制方式 15

1.5 一般工业机器人的技术指标 16

1.5.1 首钢MOTOMAN UP6 通用工业机器人技术指标 17

1.5.2 首钢MOTOMAN EA1400型弧焊机器人技术参数 18

第2章关节型机器人运动学 20

2.1 数学基础 20

2.1.1 关节型机器人手部位姿的概念 20

2.1.2关节型机器人的手坐标系和基坐标系 20

2.1.3 位置和姿态的描述——齐次变换 20

2.1.4变换方程的概念 30

2.1.5 通用旋转变换 30

2.2关节型机器人的位姿分析 33

2.2.1 关节型机器人的位姿与运动描述 33

2.2.2 PUMA 560机器人运动方程 36

2.3.1机器人的微分运动 44

2.3 关节型机器人的速度分析——雅可比公式 44

2.3.2机器人的雅可比矩阵 49

2.3.3 PUMA 560机器人的雅可比矩阵 51

第3章关节型机器人动力学 53

3.1 拉格朗日方程 53

3.2关节型机器人连杆系统拉格朗日方程 53

3.2.1 连杆上一点的运动学分析 54

3.2.2连杆上一点的动能和位能 55

3.2.3 动力学方程的推导 57

3.3 关节型机器人连杆系统动力学方程的简化 59

3.3.1 惯量项的简化 59

3.3.2 重力项的化简 60

3.4 关节型机器人的动态特性 60

3.4.2 空间分辨度 61

3.4.1 稳定性 61

3.4.3 精度 62

3.4.4 重复性 63

3.5机器人的稳态负荷 64

3.5.1 静力和静力矩的表示 64

3.5.2 不同坐标系间静力的变换 65

3.5.3关节力矩的确定 66

第4章关节型机器人轨迹规划 68

4.1机器人关节轨迹的插值计算 69

4.1.1轨迹插值的概念 69

4.1.2定时插补与定距插补 70

4.1.3直线插补算法 70

4.1.4 圆弧插补算法 71

4.1.5其他插补技术 73

4.2.2作业的描述 78

4.2.1物体对象的描述 78

4.2关节型机器人手部操作路径的轨迹规划 78

第5章关节型机器人本体基本结构 83

5.1 概述 83

5.1.1 关节型机器人本体结构基本形式和特点 83

5.1.2关节型机器人基本参数和特性 86

5.2关节型机器人手臂及机身结构 89

5.2.1 PUMA-262型机器人手臂及机身结构的基本形式 90

5.2.2关节型机器人的3自由度手腕 92

5.3 关节型机器人的臂杆平衡方法简介 95

5.3.1质量平衡方法 95

5.3.2 弹簧力平衡方法 96

5.3.3 气动和液压平衡方法 96

6.1.1 机器人传感器的一般特点与指标要求 98

6.1机器人传感器 98

第6章关节型机器人控制系统 98

6.1.2机器人内部传感器 100

6.1.3机器人外部传感器 106

6.2 机器人的驱动与运动控制系统 114

6.2.1 概述 114

6.2.2 基于芯片和计算机的运动控制器设计 115

6.2.3 基于PC技术的运动控制器 121

6.3机器人控制理论及算法 124

6.3.1 机器人的分解运动速度控制 125

6.3.2 分解运动加速度控制 127

6.3.3 计算力矩控制 128

6.3.4 变结构控制 131

6.3.5 机器人的人工神经网络控制 133

6.3.6 基于遗传算法的机器人神经网络控制 136

7.1 概述 145

第7章关节型机器人编程 145

7.2机器人编程语言的类型 146

7.2.1 动作级编程语言 147

7.2.2对象级编程语言 147

7.2.3任务级编程语言 148

7.3机器人语言系统结构和基本功能 149

7.3.1机器人语言系统结构 149

7.3.2机器人编程语言的基本功能 150

7.4 常用的机器人编程语言 151

7.4.1 VAL语言 151

7.4.2 SIGLA语言 154

7.4.3 IML语言 154

7.4.4 AL语言 154

7.5机器人的离线编程 155

7.5.1 机器人离线编程的特点和主要内容 155

7.5.2机器人离线编程系统的结构 156

7.5.3机器人离线编程仿真系统简介 160

第8章关节型机器人应用举例 163

8.1 关节型机器人在工业领域中的应用 163

8.1.1 CONSIGHT带视觉搬运系统 163

8.1.2焊接机器人 164

8.1.3喷漆机器人 165

8.1.4 APAS系统 168

8.2人形机器人概述 168

8.2.1人形机器人发展史 168

8.2.2 现代人形机器人研究成果 169

8.3 空间机器人概述 173

8.3.1 空间站机器人概况 174

8.3.2行星探测机器人简介 175

8.3.3 自由飞行空间机器人简介 178

参考文献 180