第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.1.1 机器人发展简史 1
1.1.2 机器人的定义 3
1.1.3 机器人技术的研究领域与相关学科 4
1.2 机器人的分类 4
1.2.1 按机器人的开发应用领域分类 4
1.2.2 按机器人的发展程度分类 6
1.2.3 按机器人的性能指标分类 7
1.2.4 按机器人的结构形式分类 7
1.2.5 按坐标形式分类 8
1.2.6 按控制方式分类 9
1.2.7 按驱动方式分类 9
1.2.8 按机器人工作时的机座可动性分类 10
1.3 机器人的组成 10
1.4 机器人的技术参数 11
1.4.1 机器人的主要技术参数 11
1.4.2 MOTOMAN UP6型通用工业机器人的技术参数 15
1.4.3 MOTOMAN EA1400型弧焊机器人的技术参数 16
习题 17
第2章 机器人本体结构 19
2.1 概述 19
2.1.1 机器人本体的基本结构形式 19
2.1.2 机器人本体材料的选择 20
2.2 机身及臂部结构 22
2.2.1 机身结构的基本形式和特点 22
2.2.2 臂部结构的基本形式和特点 24
2.2.3 机器人的平稳性和臂杆平衡方法 26
2.3 腕部及手部结构 28
2.3.1 腕部结构的基本形式和特点 28
2.3.2 手部结构的基本形式和特点 33
2.4 传动及行走机构 40
2.4.1 传动机构的基本形式和特点 40
2.4.2 行走机构的基本形式和特点 52
习题 56
第3章 机器人运动学 57
3.1 齐次坐标与位姿表示 57
3.1.1 齐次坐标 57
3.1.2 位姿表示 58
3.2 齐次变换 61
3.2.1 旋转的齐次变换 61
3.2.2 平移的齐次变换 64
3.2.3 复合变换 66
3.3 机器人的位姿分析 68
3.3.1 杆件坐标系的建立 68
3.3.2 连杆坐标系间的变换矩阵 69
3.4 机器人正向运动学 71
3.4.1 斯坦福机器人运动方程 71
3.4.2 PUMA 560型机器人运动学方程 72
3.5 机器人逆向运动学 74
3.5.1 逆向运动学的解 75
3.5.2 逆向运动学求解实例 75
3.6 苹果采摘机械手运动学分析实例 80
习题 84
第4章 机器人动力学 87
4.1 机器人雅可比 87
4.1.1 机器人雅可比的定义 87
4.1.2 机器人速度分析 89
4.1.3 机器人雅可比讨论 90
4.2 机器人静力分析 91
4.2.1 操作臂的力和力矩平衡 91
4.2.2 机器人力雅可比 92
4.2.3 机器人静力计算 93
4.3 机器人动力学方程 94
4.3.1 欧拉方程 95
4.3.2 拉格朗日方程 95
4.3.3 平面关节机器人动力学分析 96
4.4 机器人的动态特性 100
习题 100
第5章 机器人轨迹规划 103
5.1 概述 103
5.1.1 机器人轨迹的概念 103
5.1.2 轨迹规划的一般性问题 103
5.1.3 轨迹的生成方式 104
5.1.4 轨迹规划涉及的主要问题 105
5.2 插补方式分类与轨迹控制 105
5.2.1 插补方式分类 105
5.2.2 机器人轨迹控制过程 106
5.3 机器人轨迹插值计算 106
5.3.1 直线插补 106
5.3.2 圆弧插补 107
5.3.3 定时插补与定距插补 109
5.3.4 关节空间插补 110
5.4 机器人手部路径的轨迹规划 117
5.4.1 操作对象的描述 117
5.4.2 作业的描述 117
习题 118
第6章 机器人控制系统 119
6.1 机器人传感器 119
6.1.1 机器人传感器的特点和要求 119
6.1.2 机器人内部传感器 121
6.1.3 机器人外部传感器 127
6.2 驱动与运动控制系统 130
6.2.1 概述 130
6.2.2 基于计算机和芯片的运动控制器设计 131
6.2.3 基于PC技术的运动控制（卡）器 135
6.2.4 机器人的伺服执行机构 143
6.2.5 MOTOMAN UP6型机器人的运动控制 146
6.3 控制理论与算法 149
6.3.1 机器人分解运动的速度控制 149
6.3.2 机器人分解运动的加速度控制 150
6.3.3 力和力矩的控制 151
习题 151
第7章 机器人语言与编程 153
7.1 概述 153
7.2 编程语言类型 157
7.2.1 动作级编程语言 158
7.2.2 对象级编程语言 159
7.2.3 任务级编程语言 159
7.3 编程语言系统 159
7.3.1 编程语言系统的组成 159
7.3.2 编程语言系统的基本功能 160
7.4 常用的机器人编程语言 161
7.4.1 VAL语言 161
7.4.2 SIGLA语言 165
7.4.3 IML语言 165
7.4.4 AL语言 165
7.5 机器人离线编程 167
7.5.1 机器人离线编程的特点及功能 167
7.5.2 机器人离线编程系统的结构 168
7.5.3 MOTOMAN UP6型机器人离线编程仿真系统 171
习题 173
第8章 工业机器人 174
8.1 焊接机器人 174
8.1.1 概述 174
8.1.2 弧焊机器人工作站 176
8.1.3 弧焊机器人工作站柔性焊接夹具设计实例 182
8.2 搬运及码垛机器人工作站 185
8.2.1 纸浆成品搬运机器人工作站 185
8.2.2 汽车搬运机器人工作站 186
8.2.3 码垛机器人工作站 188
8.3 喷涂机器人 192
8.3.1 EP-500S小型电动喷涂机器人 192
8.3.2 EP-500S小型电动喷涂机器人在自动喷涂生产线上的应用 197
8.4 装配机器人 198
8.4.1 FANUC公司的电动机自动装配线 199
8.4.2 三菱机器人在电力接插件装配生产线的应用 200
8.5 工业机器人智能化应用 203
8.5.1 机器人焊缝视觉跟踪技术实例 203
8.5.2 西屋公司的APAS系统 210
8.5.3 日立经验学习机器人装配系统 211
8.5.4 人机协作机器人 212
8.6 工业机器人的产业现状与研究趋势 213
8.6.1 工业机器人的产业现状 213
8.6.2 工业机器人的研究趋势 215
习题 216
第9章 操纵型机器人 218
9.1 概述 218
9.1.1 操纵型机器人的分类与应用 218
9.1.2 操纵型机器人的结构特点 219
9.2 操纵型机器人的控制 222
9.2.1 操纵型机器人的控制特点 222
9.2.2 操纵型机器人的控制设计 226
9.3 操纵型机器人实例 229
9.3.1 服务机器人 230
9.3.2 水下机器人 231
9.3.3 清扫机器人 233
9.3.4 割草机器人 234
9.3.5 果蔬采摘机器人 234
9.3.6 达芬奇手术机器人 238
9.3.7 脑波控制机器人 240
9.3.8 自动驾驶汽车 243
9.3.9 巨型格斗机器人 246
9.3.10 无人机与飞行机器人 247
习题 251
第10章 仿生机器人 252
10.1 概述 252
10.1.1 仿生学研究概述 252
10.1.2 仿生机器人发展概述 253
10.2 仿生机器人发展现状 253
10.2.1 仿人机器人 254
10.2.2 仿生四足机器人 256
10.2.3 仿生蛇形机器人 258
10.2.4 空中仿生机器人 259
10.2.5 水下仿生机器人 260
10.3 仿生机器人的智能材料技术 262
10.3.1 形状记忆合金材料及其仿生应用 262
10.3.2 离子交换聚合金属材料及其仿生应用 263
10.3.3 压电材料及其仿生应用 264
10.4 仿生机器人的控制技术 264
10.4.1 仿生机器人的驱动控制方式 264
10.4.2 仿生机器人的模糊控制 266
10.4.3 脑机接口技术 268
10.5 仿生机器人的发展展望 270
10.5.1 生肌电控制技术 270
10.5.2 敏感触觉技术 270
10.5.3 会话式智能交互技术 271
10.5.4 情感识别技术 271
10.5.5 纳米机器人技术 271
习题 272
附录 机器人课程实验示例 273
实验示例一 慧鱼机器人模型组装综合实验 273
实验示例二 MOTOMAN机器人焊枪动作与编程实验 275
实验示例三 欠驱动冗余机械臂 277
实验示例四 二自由度机器人 284
实验示例五 并联冗余机器人 289
参考文献 298