目　录

基础知识篇

第 1章　绪论　1
1.1　机器人的基本概念与发展历程　1
1.1.1　机器人的基本概念　1
1.1.2　机器人的发展历程　2
1.2　机器人的分类　4
1.3　机器人的系统组成及技术参数　5
1.3.1　机器人系统的基本组成　5
1.3.2　机器人的技术参数　6
习题　8

第 2章　机器人的运动机构与执行机构　9
2.1　常见运动机构　9
2.1.1　直线运动机构　9
2.1.2　旋转运动机构　11
2.1.3　减速运动机构　13
2.2　工业机器人常见运动形式　16
2.3　移动机器人常见的移动机构　18
2.4　机器人执行机构　23
2.4.1　液压驱动　23
2.4.2　气压驱动　25
2.4.3　电气驱动　26
习题　28

第3章　机器人的感知系统　29
3.1　传感器概述　29
3.1.1　机器人对传感器的要求　29
3.1.2　常用传感器的特性　30
3.1.3　机器人传感器的分类　32
3.2　常用内部传感器　33
3.2.1　位置传感器　33
3.2.2　速度传感器　36
3.2.3　加速度传感器　38
3.2.4　倾斜角传感器　39
3.2.5　力觉传感器　40
3.3　常用外部传感器　42
3.3.1　视觉传感器　42
3.3.2　触觉传感器　45
3.3.3　接近度传感器　48
3.4　焊接机器人传感器系统　52
3.4.1　电弧传感系统　52
3.4.2　超声传感跟踪系统　54
3.4.3　视觉传感跟踪系统　56
3.5　装配机器人传感器系统　58
3.5.1　位姿传感器　58
3.5.2　柔性腕力传感器　61
3.5.3　工件识别传感器　62
3.5.4　装配机器人视觉传感技术　64
3.5.5　多传感器信息融合装配机器人　65
习题　66

第4章　机器人的控制系统　67
4.1　机器人控制系统及其功能　67
4.2　PUMA560机器人控制系统的硬件组成　68
4.3　机器人控制器的软件组成　69
4.4　常用编程语言　71
4.5　几种典型的机器人控制系统举例　74
4.5.1　PUMA562机器人控制系统　74
4.5.2　FANAC机器人控制系统　81
习题　82

工业机器人篇

第5章　机器人的运动学　83
5.1　机器人位置与姿态的描述　83
5.2　坐标变换　86
5.3　齐次坐标变换　87
5.4　机器人正向运动学　91
5.4.1　正向运动方程的变换矩阵　91
5.4.2　正向运动方程的求解　94
5.5　机器人逆向运动学　99
5.5.1　逆向运动学问题的多解性与可解性　99
5.5.2　逆向运动方程的求解　99
5.6　机器人的雅可比矩阵　108
5.6.1　微分运动　108
5.6.2　雅可比矩阵　111
习题　116

第6章　机器人的动力学　117
6.1　刚体动力学　117
6.2　机器人动力学建模　120
6.2.1　n自由度机器人操作臂动力学方程　120
6.2.2　机器人操作臂动力学方程系数的简化　123
6.2.3　考虑非刚体效应的动力学模型　124
6.3　动力学仿真　125
习题　125

第7章　工业机器人的常用控制方法　126
7.1　工业机器人控制的特点及分类　126
7.1.1　工业机器人控制的特点　126
7.1.2　工业机器人控制的分类　127
7.2　机器人的位置控制　127
7.2.1　基于直流伺服电动机的单关节控制　127
7.2.2　基于交流伺服电动机的单关节控制　130
7.2.3　操作臂的多关节控制　132
7.3　机器人的力控制　132
7.3.1　质量-弹簧系统的力控制　133
7.3.2　力/位混合控制　134
7.4　机器人的现代控制技术　136
7.4.1　机器人的自适应控制　136
7.4.2　机器人的滑模变结构控制　141
7.5　机器人的智能控制技术　144
7.5.1　机器人的学习控制　144
7.5.2　机器人的模糊控制　146
习题　148

第8章　工业机器人的轨迹规划　149
8.1　机器人轨迹规划　149
8.1.1　关节空间描述与直角坐标空间描述　149
8.1.2　轨迹规划的基本原理　150
8.2　关节空间的轨迹规划　152
8.3　直角坐标空间的轨迹规划　158
习题　160

移动机器人篇

第9章　移动机器人概述　161
9.1　移动机器人的体系结构　161
9.1.1　分层递阶式体系结构　161
9.1.2　反应式体系结构　162
9.1.3　混合式体系结构　163
9.2　移动机器人的运动学模型　163
习题　165

第 10章　移动机器人的定位与导航　166
10.1　移动机器人的定位　166
10.2　环境地图的表示　167
10.3　移动机器人的路径规划　169
10.4　移动机器人的导航　172
10.4.1　移动机器人的导航方式　172
10.4.2　基于多传感器信息融合的移动机器人导航　173
10.4.3　基于混合方法的移动机器人导航　173
10.4.4　导航技术的应用　173
习题　174

应用篇

第 11章　工业机器人应用实例　175
11.1　工业机器人的应用范围　175
11.2　机器人的总体设计　175
11.2.1　系统分析　175
11.2.2　技术设计　177
11.3　焊接机器人　178
11.3.1　弧焊机器人　178
11.3.2　点焊机器人　181
11.4　喷漆机器人　183
11.4.1　液压喷漆机器人　184
11.4.2　电动喷漆机器人　185

第 12章　移动机器人应用实例　187
12.1　概述　187
12.2　自动导引车的导引方式　188
12.3　自主循迹机器人　190
12.3.1　摄像头工作原理　190
12.3.2　边缘检测算法　191
12.3.3　双峰边缘跟踪算法　191
12.3.4　路径识别　191
12.3.5　控制方法　192

附录　有关术语英汉对照　193
参考文献　203