机器人学及其智能控制

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

机器人学是一门高度交叉的前沿学科，引起了机械学、生物学、人类学、计算机科学、控制科学与工程、电子工程学、人工智能、社会学等不同专业背景学者的广泛兴趣，学者们对其进行了深入研究。本书共分12章，系统地介绍了机器人的基本组成、工作原理和应用实例，内容涉及机器人技术的发展简史、工业机器人的运动学和动力学、机器人控制技术、用于机器人的各种传感器、机器人轨迹规划、移动机器人的定位与导航，以及机器人在工业领域和服务领域的应用。
　　本书既可作为高等院校控制、检测、电工、机电一体化、计算机应用及其他相关专业高年级本科生和研究生的教材，也可以作为广大从事控制或检测，以及正在学习机器人的工程师和技术人员的工具书或者培训教材。