工业机器人技术基础

模块一 工业机器人及其应用 1
任务1了解机器人的起源与发展 2
一、任务导入 2
二、机器人的起源 2
三、国际机器人的发展 4
四、我国机器人的发展 4
任务2熟悉机器人的定义与分类 6
一、任务导入 6
二、机器人的定义 6
三、机器人的分类 8
任务3熟悉工业机器人的基本组成及参数 11
一、任务导入 11
二、机器人的基本组成 12
三、机器人的技术参数 14
任务4了解工业机器人的典型应用 15
一、任务导入 15
二、工业机器人的典型应用 16
模块小结 18
习题 18

模块二 工业机器人数学基础 19
任务1矩阵及其运算 20
一、任务导入 20
二、矩阵的基本理论 20
三、矩阵的运算 23
任务2位置与姿态描述 26
一、任务导入 26
二、坐标系的定义 26
三、位置描述 28
四、姿态描述 30
五、位姿描述 32
任务3坐标变换 33
一、任务导入 33
二、平移坐标变换 34
三、旋转坐标变换 35
四、复合坐标变换 36
五、齐次坐标变换 37
六、平移齐次坐标变换 38
七、旋转齐次坐标变换 39
模块小结 41
习题 42

模块三 工业机器人运动学 44
任务1工业机器人位姿描述 45
一、任务导入 45
二、点的位置描述 45
三、点的齐次坐标 45
四、坐标轴方向的描述 46
五、动坐标系位姿的描述 46
六、齐次变换和运算 49
任务2工业机器人正向运动学及实例 53
一、任务导入 53
二、工业机器人正向运动学方程及实例 54
任务3工业机器人逆向运动学及实例 61
一、任务导入 61
二、工业机器人逆向运动学方程及实例 61
模块小结 65
习题 65

模块四 工业机器人动力学 68
任务1牛顿欧拉方程 69
一、任务导入 69
二、惯量矩阵 69
三、牛顿欧拉方程 70
四、牛顿欧拉方程推导应用举例 71
任务2拉格朗日方程 75
一、任务导入 75
二、拉格朗日方程推导举例 76
三、拉格朗日方程应用举例 78
模块小结 80
习题 81

模块五 工业机器人机械结构 82
任务1工业机器人的手部结构 83
一、任务导入 83
二、机器人的手部结构 83
三、工业机器人的手部 83
任务2工业机器人的手腕结构 90
一、任务导入 90
二、机器人手腕概述 90
三、机器人手腕的分类 91
四、手腕的典型结构 93
任务3工业机器人的手臂结构 95
一、任务导入 95
二、手臂概述 95
三、臂部的分类 95
四、手臂的运动机构介绍 96
任务4工业机器人的机身结构 99
一、任务导入 99
二、机身概述 99
三、机身的典型结构 99
四、机身与臂部的配置形式 100
任务5工业机器人的驱动与传动 102
一、任务导入 102
二、工业机器人的驱动系统 103
三、工业机器人的传动机构 106
模块小结 108
习题 109

模块六 工业机器人感知技术 110
任务1了解工业机器人传感器 111
一、任务导入 111
二、工业机器人传感器概述 111
三、传感器的特性 112
四、机器人传感器 112
五、机器人传感器技术的发展趋势 114
任务2熟悉内部传感器装置 116
一、任务导入 116
二、位移传感器 116
三、角度传感器 117
任务3熟悉外部传感器装置 118
一、任务导入 118
二、力觉传感器 118
三、触觉传感器 118
四、接近觉传感器 119
五、滑觉传感器 119
六、视觉传感器 119
七、听觉传感器 120
八、味觉传感器 120
任务4了解视觉装置 120
一、任务导入 120
二、光电转换器件 121
三、视觉传感器的分类 121
四、工业机器人视觉系统 122
模块小结 123
习题 123

模块七 工业机器人控制 125
任务1工业机器人控制的分类、变量与层次 126
一、任务导入 126
二、机器人的基本控制原则 126
任务2工业机器人控制系统的功能和组成 129
一、任务导入 129
二、工业机器人控制系统结构组成 129
三、工业机器人控制技术发展现状 130
任务3工业机器人的位置控制 131
一、任务导入 131
二、位置控制的基本结构 132
三、位置控制系统结构 133
四、多关节位置控制器 134
任务4工业机器人的力控制 134
一、任务导入 134
二、力控制概述 134
三、力控制中的关键问题 135
四、机器人力控制研究的前景 136
任务5工业机器人的力和位置混合控制 136
一、任务导入 136
二、机器人力和位置控制概述 137
三、力/位混合控制思想 137
四、力/位混合控制在作业中的控制方案 137
五、力/位混合控制系统结构 138
模块小结 139
习题 139

模块八 工业机器人编程 140
任务1了解机器人编程方式 141
一、任务导入 141
二、编程方式 141
任务2了解工业机器人编程要求和语言类型 142
一、任务导入 142
二、工业机器人的编程要求 143
三、工业机器人的编程语言类型 144
任务3了解工业机器人语言系统结构和基本功能 147
一、任务导入 147
二、工业机器人语言系统结构 148
三、工业机器人语言的基本功能 151
任务4了解常用的机器人编程语言 152
一、任务导入 152
二、VAL语言 153
三、AL语言 153
四、AUTOPASS语言 155
五、SIGLA语言 155
六、IML语言 156
任务5了解工业机器人的离线编程 156
一、任务导入 156
二、离线编程的概念 157
三、离线编程系统的一般要求 157
四、离线编程系统的基本组成 158
模块小结 160
习题 160

模块九 工业机器人轨迹规划 162
任务1了解工业机器人轨迹规划 163
一、任务导入 163
二、机器人轨迹规划的概念 163
三、轨迹规划的一般性问题 163
四、轨迹的生成方式 165
任务2掌握关节空间法 165
一、任务导入 165
二、三次多项式插值 165
三、过路径点的三次多项式插值 167
四、五次多项式插值 168
五、用抛物线过渡的线性函数插值 168
任务3熟悉直角坐标空间法 170
一、任务导入 170
二、直角坐标空间描述 170
三、直角坐标空间的轨迹规划 171
任务4了解轨迹的实时生成 172
一、任务导入 172
二、关节空间轨迹的生成 172
三、直角坐标空间轨迹的生成 173
模块小结 174
习题 174

模块十 工业机器人典型应用 175
任务1了解装配机器人 176
一、任务导入 176
二、装配机器人的发展状况 177
三、了解装配机器人在生产中的应用 177
任务2了解焊接机器人 178
一、任务导入 178
二、焊接机器人的发展状况 179
三、了解焊接机器人在生产中的应用 179
任务3了解喷涂机器人 180
一、任务导入 180
二、喷涂机器人的发展状况 181
三、了解喷涂机器人在生产中的应用 182
任务4了解移动式搬运机器人 183
一、任务导入 183
二、移动式搬运机器人的发展状况 183
三、了解移动式搬运机器人在生产中的应用 184
模块小结 185
习题 186

参考文献 187