本教材在系統地介紹工業機器人的基礎理論、關鍵技術和應用的基礎上，將加強機器人機械本體的設計方法的講解，重點介紹機器人在機構設計、規劃、控制、仿真和應用等方面近期所取得的成果，以及在輕工業的應用與發展。本書可用作高等工科院校機電一體化、機械制造、自動化技術等專業工業機器人技術課程的教材，也可供從事機器人研究的科技工作者使用。通過我們編著的《工業機器人技術》教材，以期滿足我們國家高等院校特色辦學的需要。
“工業機器人及其應用” 是高等工科院校機械設計制造及其自動化專業、電氣自動化專業及相關專業課程體系中一門重要的課程。隨著科學技術的迅猛發展, 傳統的機器人技術的內涵正在不斷地發生變化, 同時各院校課程體系改革深入展開, 對外交流也日益增加, 這使得本課程面臨著新的挑戰。為了更好地適應機械設計制造及其自動化專業、電氣自動化專業的發展, 以及培養人才的需要, 按照專業教學指導委員會推薦的指導性教學計劃要求, 結合編者多年來的教學實踐, 參考了大量的國內外相關文獻, 由此編寫而成本書。本書具有如下特點:1. 在名詞術語、符號代號、單位量綱等方面, 全書始終貫徹執行新的國家標準。描述規范、科學統一。
2. 將工業機器人的結構設計、運動學和動力學分析、控制技術、總體設計和應用等方面的理論知識有機統一, 闡述由淺入深, 形成了工業機器人技術的知識體系, 符合認知規律。
3. 注重對基本概念和基本知識的理解和掌握, 突出原理的應用, 注重工程實際問題的分析和解決, 貼近實際應用。
4. 本書適應面廣, 既可作為本科生教材, 也可作為高職高專學生教材; 既適用于機械設計制造及其自動化專業、電氣自動化專業的學生, 也可供相關工程技術人員參考。
全書共八章, 主要內容包括: 緒論、機器人機械系統、機器人數學基礎、機器人運動學、機器人動力學、機器人控制系統、機器人軌跡規劃、機器人設計方法和應用及其發展。
各章后備有習題, 便于讀者自學。
參加本書編寫的有袁夫彩(第1 章、第2 章、第8 章)、翟雪琴(第3 章、第4 章、第5 章第1~3 節)、王才東(第5 章第4~9 節、第6 章、第7 章)。本書由袁夫彩任主編, 翟雪琴和王才東任副主編。全書由袁夫彩統稿。河南工業大學劉保國教授擔任主審。
教材編寫是一項艱巨而又細致的工作。本書的編寫得到了河南工業大學、鄭州輕工業學院、哈爾濱工業大學、哈爾濱工程大學等單位有關方面的大力支持和幫助, 對此表示衷心的感謝! 本書參考了大量的國內外相關文獻資料, 凝結著眾多師長、朋友和親人的心血, 在此向書中提到的, 以及未一一列出的, 為該書編寫做出了無私幫助與支持的各位, 表示最真誠的謝意!由于編者水平有限, 書中不足之處在所難免, 敬請讀者予以指正。
編 者
前言
第1 章 緒論 1
1. 1 機器人的發展 1
1. 2 機器人的定義、特征、結構和技術
參數 3
1. 3 機器人的分類 5
1. 4 機器人涉及的相關理論及技術 8
1. 5 課程學習導引 8
1. 6 本章小結 9
習題 9
第2 章 機器人機械系統 10
2. 1 機器人的機座 10
2. 2 機器人末端操作器 14
2. 3 機器人手腕 27
2. 4 機器人手臂 32
2. 5 機器人的驅動與傳動 37
2. 6 本章小結 42
習題 42
第3 章 機器人數學基礎 43
3. 1 機器人位置和姿態的表示 43
3. 2 齊次坐標與動系的位姿表示 45
3. 3 齊次坐標變換 48
3. 4 變換矩陣的逆變換 56
3. 5 本章小結 60
習題 60
第4 章 機器人運動學 61
4. 1 機器人運動學方程的建立 61
4. 2 機器人運動學方程的分析 66
4. 3 典型機器人運動學方程的建立及
分析 79
4. 4 機器人雅可比矩陣的建立及分析 88
4. 5 本章小結 101
習題 101
第5 章 機器人動力學 103
5. 1 連桿的速度和加速度分析 103
5. 2 機器人靜力學分析 109
5. 3 牛頓—歐拉遞推動力學方程 111
5. 4 關節空間和操作空間動力學 116
5. 5 動力學性能指標 117
5. 6 動力學優化設計 119
5. 7 拉格朗日動力學 123
5. 8 操作臂的動力學建模和仿真 124
5. 9 本章小結 127
習題 127
第6 章 機器人控制系統 128
6. 1 概述 128
6. 2 機器人信息檢測裝置 130
6. 3 機器人運動控制系統 138
6. 4 機器人運動控制系統實例分析 142
6. 5 控制方式 147
6. 6 單關節線性模型和控制 148
6. 7 本章小結 156
習題 157
第7 章 機器人軌跡規劃 158
7. 1 機器人軌跡規劃的分析 158
7. 2 關節運動軌跡的插值 162
7. 3 笛卡兒空間規劃方法 170
7. 4 四元數與直線軌跡規劃 173
7. 5 軌跡的實時生成 177
7. 6 基于動力學模型的軌跡規劃 177
7. 7 本章小結 178
習題 178
第8 章 機器人設計方法和應用及其
發展 180
8. 1 機器人一般設計原則、步驟和方法 180
8. 2 工業機器人系統設計 184
8. 3 特種機器人系統設計 186
8. 4 機器人的應用 192
8. 5 機器人的發展趨勢 200
8. 6 機器人與人類社會 202
8. 7 本章小結 203
習題 203
參考文獻 204
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