工业机器人

章节摘录

版权页：   插图：   1.2.1 机器人的分类 1.按机器人发展的程度分类 按从低级到高级的发展程度，机器人可分为以下几类。 （1）第一代机器人第一代机器人是指只能以示教一再现方式工作的工业机器人。 （2）第二代机器人第二代机器人带有一些可感知环境的装置，可通过反馈控制使其在一定程度上适应变化的环境。 （3）第三代机器人第三代机器人是智能机器人，它具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑推理、判断及决策，可在作业环境中独立行动，具有发现问题并自主地解决问题的能力。这类机器人具有高度的适应性和自治能力。 （4）第四代机器人第四代机器人为情感型机器人，它具有与人类相似的情感。具有情感是机器人发展的最高层次，也是机器人科学家的梦想。 2.按控制方式分类 按控制方式可将机器人分为操作机器人、程序机器人、示教一再现机器人、数控机器人和智能机器人等。 （1）操作机器人操作机器人（operating robot）是指人可在一定距离处直接操纵其进行作业的机器人。通常采用主、从方式实现对操作机器人的遥控操作。 （2）程序机器人程序机器人（sequence control robot）可按预先给定的程序、条件、位置等信息进行作业，其在工作过程中的动作顺序是固定的。 （3）示教一再现机器人示教一再现机器人（playback robot）的工作原理是：由人操纵机器人执行任务，并记录下这些动作，机器人进行作业时按照记录下的信息重复执行同样的动作。示教一再现机器人的出现标志着工业机器人广泛应用的开始。示教一再现方式目前仍然是工业机器人控制的主流方式。 （4）数控机器人数控机器人（numerical control robot）动作的信息由编制的计算机程序提供，机器人依据动作信息进行作业。 （5）智能机器人智能机器人（intelligent robot）具有感知和理解外部环境信息的能力，即使其工作环境发生变化，也能够成功地完成作业任务。 在实际应用中所用的机器人多是这些类型机器人的组合。

前言

本书自第一版发行以来，经三次印刷，被全国几十所院校有关专业采用。在使用中，许多授课老师和读者向我们提出了宝贵意见和建议，使我们受益匪浅，在此，向热心支持和帮助我们的相关兄弟院校的教师以及读者表示衷心的感谢。利用机器人技术提升我国工业发展水平，从制造业大国向强国转变，提高人民生活质量已成为全社会的共识。工业机器人在各个领域的应用迎来了快速增长的发展时期，因此对工业机器人技术人才的需求也急剧增加。根据大家所提宝贵意见和近几年来的教学实践，同时结合社会的实际需求，我们对第一版进行了修订。此次修订延续原有教材的定位，仍立足于机器人理论知识和实际应用技术的最佳结合，不把重点放在理论分析上，而放在多学科知识的综合应用方面，强化机器人技术应用能力的培养，以满足机械类应用型高级人才的培养目标。本书在内容的编写上,仍以MOTOMAN SV3机器人为典型教学案例，结合每章的内容，对该机器人的机械结构、电动机驱动、运动学计算、控制技术、传感器、轨迹规划与编程操作及其应用等方面进行系统讲解，并结合实验教学使学生从机器人实体和实际工程上对其进行消化理解，以提高教学效果。本书共分为8章，各章配有习题。第1章介绍机器人及其技术的发展历史、现状和未来，以及基本概念、定义、组成和分类等内容。第2章主要讲解工业机器人机械系统设计，包括机器人总体设计、驱动机构、机身和臂部设计、腕部设计、手部设计、行走机构设计等内容。第3章主要对工业机器人运动学进行讲解，属于机器人基础理论的重要组成部分。首先从空间任意一点的相对动坐标和固定坐标位置之间的关系推导入手，引入齐次坐标变换矩阵的概念，介绍刚体的位姿描述方法，由此导出机器人手腕中心点的位移方程；然后引入机器人机构的一般坐标定义描述方法和DH 坐标变换；最后用实例讲解机器人正、逆运动学方程的建立方法。第4章主要介绍工业机器人静力计算及动力学分析方法。首先引入速度雅可比矩阵与速度分析的内容，介绍力雅可比矩阵与静力计算；然后对机器人动力学进行分析，并讲解机器人动力学的建模和仿真方法。第5章主要介绍工业机器人控制的一般理论与技术方法。首先引入机器人控制系统的构成和控制思路，详细论述机器人单关节位置控制的理论与方法；然后讲解机器人常用的力/力矩控制方法等内容。第6章主要讲解工业机器人的感觉系统。首先阐述机器人的一般信息检测与分析方法、机器人的常用传感技术与特殊感知技术、机器人视觉技术等，并通过实例对理论和技术方法的应用进行深入说明。第7章讨论工业机器人的轨迹规划、机器人语言和机器人离线编程系统三方面的内容。第8章分析国内外工业机器人技术的应用现状和发展趋势，就机器人在制造业和非制造业两方面中的应用，用典型实例深入地进行阐述，最后对一款大学生课外科技制作作品——六足行走机器人进行介绍。此次再版邀请兄弟院校几位从事机器人教学工作的老师参加了修订工作，除对部分章节做了文字上的修订外，主要在原版基础上重点增加了工业机器人的实际应用技术，使得教材更加贴近工程实际，以方便更多读者选用。本次再版编写的具体分工为：第1章绪论（河南科技大学韩建海）；第2章工业机器人机械系统设计（长江大学钱玉宝、河南农业大学李慧琴）；第3章工业机器人运动学（兰州理工大学杨萍、安徽工业大学叶晔）；第4章工业机器人静力计算及动力学分析（湖北工业大学张铮、安徽工程大学苏学满）；第5章工业机器人控制（河南科技大学韩建海、河南科技大学王会良）；第6章工业机器人感觉系统（河南科技大学郭冰菁、安阳工学院韩向可）；第7章工业机器人轨迹规划与编程（河南科技大学赵书尚、河南农业大学李慧琴）；第8章工业机器人的应用（上海师范大学王丽慧、河南科技大学王会良）。全书由韩建海担任主编并负责全书统稿工作。湖北工业大学吴斌芳在大纲制订、内容安排、协助统稿等方面做了大量工作。本书在修订过程中，参阅了同行专家、学者及一些院校的教材、资料和文献，在此谨致谢意。修订后的本书较第一版有明显的改进与提高，但由于编者水平有限，书中仍难免存在不足和错误之处，敬请读者批评指正。

内容概要

韩建海，男，1961年2月出生，博士，教授，硕士研究生导师。1990年7月硕士毕业于华中科技大学机械学院；2002年4月博士毕业于日本冈山大学工学部。1995年11月至1996年10月日本冈山理科大学工学部高级访问学者；1998年8月至1999年3月日本冈山大学工学部高级访问学者。2006-2010年教育部高等学校机械学科机械基础课程教学指导员会委员；2004年河南省教育厅学术带头人。2002年4月受聘于河南科技大学机电学院从事数控技术及机器人控制技术的教学、科研工作。多年来一直工作在教学和科研第一线，教书育人，为人师表。2003-2006连续三年被评为河南科技大学教学质量一等奖，指导大学生制作的机器人在全国大赛中多次获奖，河南省精品课程“数控技术”的课程负责人。已培养硕士研究生12人，出版教材2部。完成省部级科研课题数5项，获省级科技进步奖3项。拥有实用新型专利成果3项。近几年在日本流体动力与控制、机械工程学报、中国机械工程等学术期刊上发表学术论文47篇。

书籍目录

x第1章 绪论
1．1 机器人概述
1．2 机器人的分类
1．3 工业机器人的组成与技术参数
1．4 本书主要内容与教学要求
习题
第2章 工业机器人机械系统设计
2．1 工业机器人总体设计
2．2 驱动机构
2．3 机身和臂部设计
2．4 腕部设计
2．5 手部设计
2．6 行走机构设计
习题
第3章 工业机器人运动学
3．1 概述
3．2 物体在空间中的位姿描述
3．3 齐次坐标变换
3．4 变换方程的建立
3．5 RPY角与欧拉角
3．6 机器人连杆D—H参数及其坐标变换
3．7 建立机器人运动学方程实例
3．8 机器人逆运动学
习题
第4章 工业机器人静力计算及动力学分析
4．1 速度雅可比矩阵与速度分析
4．2 力雅可比矩阵与静力计算
4．3 工业机器人动力学分析
4．4 机器人动力学建模和仿真
习题
第5章 工业机器人控制
5．1 机器人控制系统与控制方式
5．2 单关节机器人模型和控制
5．3 基于关节坐标的控制
5．4 基于作业空间的伺服控制
5．5 机器人末端操作器的力/力矩控制
习题
第6章 工业机器人感觉系统
6．1 工业机器人传感器概述
6．2 位置和位移传感器
6．3 速度传感器
6．4 接近觉传感器
6．5 触觉传感器
6．6 工业机器人视觉技术
6．7 其他外部传感器
习题
第7章 工业机器人轨迹规划与编程
7．1 工业机器人轨迹规划
7．2 关节空间法
7．3 直角坐标空间法
7．4 轨迹的实时生成
7．5 工业机器人编程
7．6 工业机器人编程语言
7．7 工业机器人离线编程
习题
第8章 机器人的应用
8．1 工业机器人的应用准则和步骤
8．2 机器人在制造业中的应用
8．3 机器人在非制造业中的应用
8．4 六足机器人课外科技制作
习题
参考文献

编辑推荐

《普通高等院校"十一五"规划教材•普通高等院校机械类精品教材:工业机器人(第2版)》内容全面、丰富，重点突出，层次清楚，既注重基础理论，又强调知识的综合应用，注重反映当今机器人技术发展的新成就和新动向，力求体现先进性、实用性。此书编写的指导思想是：以学生的能力驱动为目的，将典型案例教学这一主线贯穿于整个教学内容、实验和创新实践过程中。本书以工业界、高校院所广泛使用的Motoman SV3机器人为典型教学案例，对该机器人的机械结构、电动机驱动、运动学分析、运动规划，以及编程控制和应用等方面进行了系统讲解，并结合实验教学，使学生通过机器人实体和实际工程对课程内容进行消化理解，以提高教学效果。因此，本书是一本实用的学习工业机器人相关知识的教材。

作者简介

《普通高等院校"十一五"规划教材•普通高等院校机械类精品教材:工业机器人(第2版)》共8章，内容包括工业机器人的基本概念和基础理论、工业机器人的机械结构、运动学和动力学分析、控制技术、与机器人相关的传感技术、轨迹规划、机器人语言，以及工业机器人在制造业和非制造业中的应用。每章均附有习题。

图书封面

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