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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 4

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 5

1.2.1按机器人的开发内容与应用分类 5

1.2.2按机器人的发展程度分类 7

1.2.3按机器人的性能指标分类 8

1.2.4按机器人的结构形式分类 8

1.2.5按坐标形式分类 8

1.2.6按控制方式分类 10

1.2.7按驱动方式分类 10

1.2.8按机器人工作时的机座可动性分类 11

1.3机器人的组成 11

1.4机器人的技术参数 13

1.4.1机器人的主要技术参数 13

1.4.2 MOTOMAN UP6型通用工业机器人的技术参数 17

1.4.3 MOTOMAN EA1400型弧焊机器人的技术参数 18

习题 19

第2章 机器人本体结构 21

2.1概述 21

2.1.1机器人本体的基本结构形式 21

2.1.2机器人本体材料的选择 22

2.2机身及臂部结构 24

2.2.1机身结构的基本形式和特点 24

2.2.2臂部结构的基本形式和特点 28

2.2.3机器人的平稳性和臂杆平衡方法 30

2.3腕部及手部结构 33

2.3.1腕部结构的基本形式和特点 33

2.3.2手部结构的基本形式和特点 39

2.4传动及行走机构 47

2.4.1传动机构的基本形式和特点 48

2.4.2行走机构的基本形式和特点 62

习题 67

第3章 机器人运动学 68

3.1齐次坐标与位姿表示 68

3.1.1齐次坐标 68

3.1.2位姿表示 69

3.2齐次变换 73

3.2.1旋转的齐次变换 73

3.2.2平移的齐次变换 77

3.2.3复合变换 80

3.3机器人的位姿分析 81

3.3.1杆件坐标系的建立 81

3.3.2连杆坐标系间的变换矩阵 83

3.4机器人正向运动学 84

3.4.1斯坦福机器人运动方程 85

3.4.2 PUMA 560型机器人运动学方程 87

3.5机器人逆向运动学 89

3.5.1逆向运动学的解 89

3.5.2逆向运动学求解实例 90

3.6苹果采摘机械手运动学分析实例 95

习题 99

第4章 机器人动力学 104

4.1机器人雅可比 104

4.1.1机器人雅可比的定义 104

4.1.2机器人速度分析 106

4.1.3机器人雅可比讨论 108

4.2机器人静力分析 109

4.2.1操作臂的力和力矩平衡 109

4.2.2机器人力雅可比 110

4.2.3机器人静力计算 112

4.3机器人动力学方程 113

4.3.1欧拉方程 113

4.3.2拉格朗日方程 114

4.3.3平面关节机器人动力学分析 114

4.4机器人的动态特性 119

习题 119

第5章 机器人轨迹规划 123

5.1概述 123

5.1.1机器人轨迹的概念 123

5.1.2轨迹规划的一般性问题 123

5.1.3轨迹的生成方式 125

5.1.4轨迹规划涉及的主要问题 125

5.2插补方式分类与轨迹控制 126

5.2.1插补方式分类 126

5.2.2机器人轨迹控制过程 126

5.3机器人轨迹插值计算 127

5.3.1直线插补 127

5.3.2圆弧插补 128

5.3.3定时插补与定距插补 130

5.3.4关节空间插补 131

5.4机器人手部路径的轨迹规划 139

5.4.1操作对象的描述 139

5.4.2作业的描述 139

习题 141

第6章 机器人控制系统 142

6.1机器人传感器 142

6.1.1机器人传感器的特点和要求 142

6.1.2机器人内部传感器 145

6.1.3机器人外部传感器 152

6.2驱动与运动控制系统 157

6.2.1概述 157

6.2.2基于计算机和芯片的运动控制器设计 158

6.2.3基于PC技术的运动控制（卡）器 161

6.2.4机器人的伺服执行机构 172

6.2.5 MOTOMAN UP6型机器人的运动控制 176

6.3控制理论与算法 179

6.3.1机器人分解运动的速度控制 180

6.3.2机器人分解运动的加速度控制 181

6.3.3力和力矩的控制 182

习题 183

第7章 机器人语言与编程 184

7.1概述 184

7.2编程语言类型 189

7.2.1动作级编程语言 190

7.2.2对象级编程语言 191

7.2.3任务级编程语言 191

7.3编程语言系统 192

7.3.1编程语言系统的组成 192

7.3.2编程语言系统的基本功能 193

7.4常用的机器人编程语言 194

7.4.1 VAL语言 194

7.4.2 SIGLA语言 198

7.4.3 IML语言 198

7.4.4 AL语言 199

7.5机器人离线编程 202

7.5.1机器人离线编程的特点及功能 202

7.5.2机器人离线编程系统的结构 203

7.5.3 MOTOMAN UP6型机器人离线编程仿真系统 207

习题 209

第8章 工业机器人 210

8.1焊接机器人 210

8.1.1概述 210

8.1.2弧焊机器人工作站 212

8.1.3弧焊机器人工作站柔性焊接夹具设计实例 220

8.2搬运及码垛机器人工作站 224

8.2.1纸浆成品搬运机器人工作站 224

8.2.2汽车搬运机器人工作站 224

8.2.3码垛机器人工作站 229

8.3喷涂机器人 232

8.3.1 EP-500S小型电动喷涂机器人 232

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 239

8.4装配机器人 240

8.4.1 FANUC公司的电动机自动装配线 240

8.4.2西屋公司的APAS系统 241

8.4.3日立经验学习机器人装配系统 242

习题 244

第9章 操纵型机器人 245

9.1概述 245

9.1.1操纵型机器人的分类与应用 245

9.1.2操纵型机器人的结构特点 246

9.2 操纵型机器人的控制 249

9.2.1操纵型机器人的控制特点 250

9.2.2操纵型机器人的控制设计 254

9.3操纵型机器人实例 259

9.3.1服务机器人 259

9.3.2水下机器人 261

9.3.3清扫机器人 264

9.3.4割草机器人 265

9.3.5果蔬采摘机器人 266

习题 271

第10章 智能机器人 272

10.1概述 272

10.1.1智能机器人技术的形成 273

10.1.2智能机器人的应用 273

10.1.3智能机器人的普及 274

10.2智能机器人的新型驱动元件 274

10.2.1静电驱动器 275

10.2.2形状记忆合金驱动器 275

10.2.3压电效应驱动器 276

10.2.4磁致伸缩驱动器 277

10.2.5人工肌肉 278

10.3智能机器人的控制技术 278

10.3.1智能机器人的模糊控制 278

10.3.2智能机器人的人工神经网络控制 281

10.4智能机器人的视觉技术 283

10.4.1人的视觉原理 284

10.4.2机器人视觉系统的组成 284

10.4.3图像的预处理 285

10.4.4图像的分割 285

10.4.5机器人视觉系统的应用 286

10.5智能机器人的发展与展望 286

10.5.1智能机器人的发展趋势 286

10.5.2智能机器人的发展展望 288

10.6机器人焊缝视觉跟踪技术实例 289

习题 297

附录 机器人课程实验示例 298

实验示例一 慧鱼机器人模型组装综合实验 298

实验示例二MOTOMAN机器人焊枪动作与编程实验 300

参考文献 304