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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