《機器人技術基礎與應用》面向航空航天、智能制造、國防軍事、醫療康復等國家重大戰略與學科前沿發展的迫切應用需求，立足“兩化融合”特色，詳細介紹機器人技術的基本原理及其典型應用。
《機器人技術基礎與應用》以讀者為中心，注重教材新形態立體化建設，注重融入思政元素，注重產教融合，增強教材的可讀性和實用性。《機器人技術基礎與應用》分為6章，主要內容涉及機器人的概念、發展歷史、組成、分類、主要技術參數；機器人運動描述的數學基礎、正運動學、逆運動學、雅可比矩陣、軌跡規劃、動力學；并聯機器人運動學、奇異性、工作空間、動力學；機器人感知系統、驅動系統；機器人控制方法、控制裝置；機器人在航空航天、軍事、工業、醫療康復、服務、教育等領域的應用。
《機器人技術基礎與應用》采用現代信息技術，運用《機器人技術基礎與應用》二維碼關聯視頻資源，幫助讀者理解和拓展相關知識內容。
目錄
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 機器人的概念 1
1.3 機器人的發展歷史 2
1.3.1 古代機器人的發展 2
1.3.2 現代機器人的發展 3
1.4 機器人的組成 6
1.5 機器人的分類 8
1.5.1 按機器人的幾何結構分類 8
1.5.2 按機器人的控制方式分類 11
1.5.3 按機器人的主要用途分類 11
1.6 機器人的常見圖形符號 12
1.7 機器人的主要技術參數 13
1.7.1 機器人的自由度 14
1.7.2 機器人的工作空間 15
1.7.3 機器人的最大工作速度 16
1.7.4 機器人的承載能力 16
1.7.5 機器人的分辨率和精度 16
1.7.6 典型機器人的技術參數 16
1.8 小結 17
習題 18
第2章 串聯機器人運動學與動力學 19
2.1 概述 19
2.2 機器人運動描述的數學基礎 20
2.2.1 剛體位姿描述 20
2.2.2 坐標變換 20
2.2.3 變換方程 22
2.3 機器人正運動學 23
2.3.1 連桿參數與連桿坐標系 23
2.3.2 連桿變換與運動學方程 25
2.3.3 UR5機器人運動學實例 27
2.4 機器人逆運動學 29
2.4.1 逆解的可解性 29
2.4.2 逆解的求解方法 30
2.4.3 UR5運動學逆解 32
2.5 機器人的雅可比矩陣 35
2.5.1 剛體的線速度和角速度 35
2.5.2 機器人連桿的運動 37
2.5.3 連桿間的速度傳遞 37
2.5.4 速度雅可比矩陣 40
2.5.5 UR5機器人的速度雅可比矩陣實例 43
2.5.6 奇異性 44
2.5.7 力雅可比矩陣 45
2.6 機器人軌跡規劃 47
2.6.1 路徑描述與生成 47
2.6.2 三次多項式插值 47
2.6.3 過路徑點的三次多項式插值 49
2.6.4 五次多項式插值 50
2.7 機器人動力學 52
2.7.1 牛頓-歐拉方程 52
2.7.2 牛頓-歐拉動力學 53
2.7.3 第二類拉格朗日方程 56
2.7.4 拉格朗日動力學 57
2.8 小結 59
習題 60
第3章 并聯機器人運動學與動力學 64
3.1 概述 64
3.2 運動學 65
3.2.1 逆運動學 65
3.2.2 正運動學 66
3.3 奇異性 67
3.3.1 奇異性分類 68
3.3.2 奇異性和靜力學 69
3.3.3 奇異性和運動學 69
3.4 工作空間 70
3.4.1 工作空間的極限、表示和類型 70
3.4.2 工作空間的計算方法 71
3.4.3 數值方法 72
3.5 動力學 72
3.5.1 動力學的意義 72
3.5.2 動力學模型 73
3.5.3 閉鏈動力學 74
3.6 實例分析 74
3.6.1 6-UPS機構概述 74
3.6.2 逆運動學分析 75
3.6.3 各構件的速度 75
3.6.4 各構件的加速度 76
3.6.5 雅可比矩陣 77
3.6.6 奇異性與工作空間 77
3.6.7 動力學分析 78
3.7 小結 82
習題 83
第4章 機器人傳感與驅動 84
4.1 概述 84
4.2 機器人感知系統 85
4.2.1 傳感器的基礎知識 85
4.2.2 傳感器的性能指標 85
4.2.3 機器人對傳感器的要求 87
4.2.4 機器人傳感器的分類 88
4.2.5 常用的內部傳感器 89
4.2.6 常用的外部傳感器 97
4.3 機器人驅動系統 107
4.3.1 機器人驅動系統的分類 107
4.3.2 液壓驅動 108
4.3.3 氣壓驅動 108
4.3.4 電機驅動 109
4.3.5 智能材料驅動 110
4.4 小結 112
習題 112
第5章 機器人控制技術 113
5.1 概述 113
5.2 機器人控制方法 113
5.2.1 機器人控制問題 113
5.2.2 機器人位置控制 114
5.2.3 機器人力控制 117
5.2.4 機器人智能控制 120
5.3 機器人控制裝置 125
5.3.1 機器人控制系統基礎 125
5.3.2 嵌入式機器人控制系統 128
5.3.3 以PLC為核心的機器人
控制系統 129
5.3.4 基于運動控制器的機器人
控制系統 131
5.3.5 總線式機器人控制系統 133
5.4 典型機器人控制系統實例 135
5.4.1 機器人控制系統設計 135
5.4.2 6-UPS并聯機器人控制算法設計 136
5.4.3 6-UPS并聯機器人控制系統構建 138
5.5 小結 142
習題 143
第6章 機器人的應用 144
6.1 概述 144
6.2 機器人在航空航天領域的應用 144
6.2.1 航空航天機器人發展歷史 144
6.2.2 面向航空航天制造裝配的機器人 145
6.2.3 面向太空作業的空間機器人 149
6.2.4 航空航天機器人展望 150
6.3 機器人在軍事領域的應用 151
6.3.1 軍用機器人發展歷史 151
6.3.2 地面軍用機器人 152
6.3.3 空中軍用機器人 154
6.3.4 水下軍用機器人 155
6.3.5 軍用機器人展望 157
6.4 機器人在工業領域的應用 157
6.4.1 工業機器人發展歷史 157
6.4.2 工業機器人關鍵技術 158
6.4.3 工業機器人典型應用案例 159
6.4.4 工業機器人展望 163
6.5 機器人在醫療康復領域的應用 164
6.5.1 醫療機器人發展歷史 164
6.5.2 功能恢復與輔助型康復機器人 165
6.5.3 功能代償型康復設備 168
6.5.4 手術機器人 170
6.5.5 醫療機器人展望 172
6.6 機器人在服務領域的應用 172
6.6.1 服務機器人發展歷史 172
6.6.2 服務機器人關鍵技術 173
6.6.3 服務機器人典型應用案例 174
6.6.4 服務機器人展望 178
6.7 機器人在教育領域的應用 178
6.7.1 教育機器人發展歷史 178
6.7.2 教育機器人的特點 179
6.7.3 比賽類教育機器人 180
6.7.4 開發類教育機器人 181
6.7.5 教育機器人展望 184
6.8 小結 184
習題 184
參考文獻 185
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