工业机器人设计及控制

本书从工业机器人产品开发的角度出发,对工业机器人理论、设计与控制等进行系统阐述与实例分析,主要对工业机器人结构优化与控制的理论、实现方法及存在的问题进行剖析。主要内容包括:机器人设计要求与基本参数,工业机器人系统与配置,工业机器人结构及特性分析,工业机器人优化设计,工业机器人控制等。全书理论与应用相结合,通过典型实例具体剖析,并采用工程图与文字融合的方法简明扼要地表达与阐述机器人及其结构,突出全书的理论性、实用性与综合性的特点。 本书可作为机械类高年级本科生、工科研究生、科研工作者和工程技术人员的参考书。

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第1 章概述/ 1 1.1工业机器人简介/ 1 1.1.1制造类机器人/ 1 1.1.2行走机器人/ 2 1.1.3移动型机器人/ 2 1.1.4自制机器人/ 4 1.1.5人工智能机器人/ 4 1.1.6其他/ 5 1.2工业机器人与机械智能/ 8 1.2.1机器人中的机械智能/ 8 1.2.2机械智能中的关键问题/ 11 1.3本书的主要内容与特点/ 15 1.3.1主要内容/ 15 1.3.2主要特点/ 17 参考文献/ 18 第2 章机器人设计要求与基本参数/ 22 2.1机器人设计要求/ 22 2.1.1机器人运动规划/ 22 2.1.2机器人定位/ 44 2.1.3机器人导航/ 48 2.1.4机器人受力与驱动/ 51 2.2工业机器人基本参数/ 57 2.2.1机器人负载/ 57 2.2.2最大运动范围/ 58 2.2.3自由度/ 59 2.2.4精度/ 59 2.2.5速度/ 61 2.2.6机器人重量/ 61 2.2.7制动和惯性力矩/ 61 2.2.8防护等级/ 62 2.2.9机器人材料/ 62 参考文献/ 62 第3 章工业机器人系统与配置/ 66 3.1机器人系统组成/ 66 3.1.1被控部件/ 66 3.1.2驱动及检测/ 69 3.1.3控制平台/ 70 3.1.4主要模块/ 72 3.2机器人配置方案及成套装置/ 78 3.2.1机器人配置方案/ 78 3.2.2机器人操作机驱动及配置/ 86 3.2.3机器人操作机成套装置/ 95 3.3机器人系统的结构与配置实例/ 100 3.3.1机器人系统方案设计/ 101 3.3.2关节驱动方式/ 101 3.3.3机械臂功能置换措施/ 102 3.3.4机器人关节与配置/ 102 参考文献/ 109 第4 章工业机器人结构及特性分析/ 112 4.1机器人结构类型/ 112 4.1.1直角坐标机器人结构/ 112 4.1.2圆柱坐标机器人结构/ 113 4.1.3球坐标机器人结构/ 113 4.1.4关节型机器人结构/ 114 4.1.5其他结构/ 115 4.2机器人模型影响因素/ 116 4.2.1机器人形态与模块结构/ 116 4.2.2机器人全局与局部关系/ 117 4.2.3机器人建模工具/ 118 4.3机器人特性分析/ 118 4.3.1机器人运动学/ 118 4.3.2机器人动力学/ 151 4.4实例/ 165 4.4.1拉格朗日-欧拉法在两自由度机械臂的应用/ 165 4.4.2拉格朗日法在搬运机器人的应用/ 168 4.4.3拉格朗日-欧拉法在双臂机器人的应用/ 172 4.4.4拉格朗日法在柔性机械臂的应用/ 175 4.4.5牛顿-欧拉法在两自由度机械臂的应用/ 177 参考文献/ 182 第5 章工业机器人优化设计/ 185 5.1机构与架构的优化设计/ 185 5.1.1机构优化/ 185 5.1.2架构优化/ 203 5.2机器人杆件的优化设计/ 203 5.2.1杆件静态性能/ 204 5.2.2机械臂运动性能/ 213 5.2.3杆件力学性能/ 227 5.2.4机械臂性能测试/ 233 5.3机器人本体的优化设计/ 235 5.3.1机器人本体方案/ 235 5.3.2机器人关节对性能的影响/ 244 5.3.3本体结构及优化/ 251 参考文献/ 254 第6 章工业机器人控制/ 257 6.1机器人关节空间控制/ 257 6.1.1关节控制原理/ 257 6.1.2关节控制传递函数/ 260 6.1.3关节控制方法/ 263 6.1.4关节控制系统硬件结构/ 269 6.2机器人位置控制/ 270 6.2.1笛卡儿位置控制/ 271 6.2.2控制程序框图/ 272 6.3机器人力控制/ 274 6.3.1机器人力控制方法/ 274 6.3.2力控制关键问题/ 275 6.3.3主要部件控制/ 279 6.3.4关节控制软件系统/ 291 6.4实例/ 293 6.4.1双臂机器人控制/ 293 6.4.2多关节机器人模糊控制/ 296 6.4.3多关节机器人滑模控制/ 299 参考文献/ 301 结束语/ 304