机器人工程基础

本书全面系统地论述了机器人开发设计的工程基础理论和知识。全书共8章，内容包括：机器人的定义、发展历史、分类、功能和构成；刚体系统的基本运动学、力学方程；机器人关节、连杆机构、DH建模方法和运动学、动力学方程；机器人常用驱动电动机的工作原理和控制方法；机器人内部传感器、外部传感器、传感器的融合设计；机器人控制器的功能、结构、控制系统的通信；机器人操作系统的体系结构、核心概念、应用方法和典型实例；以机器人操作系统作为开发平台的协作机器人仿真模型建立、仿真开发和物理环境实验。本书适合机器人工程专业的高年级本科生和研究生学习，同时也可作为机器人方向的研发者及工程师的参考资料。

前言第1章概述111机器人的定义和发展历史1111机器人的定义1112机器人的发展历史212机器人的分类4121工业机器人4122服务机器人8123特种机器人1013机器人的功能和构成12131机器人的功能12132机器人的构成12思考题16第2章机器人数学基础1721描述和变换17211位置和姿态的描述17212坐标系映射18213平移旋转变换2022线速度和角速度21221线速度22222角速度22223刚体的线速度和角速度2323刚体的加速度24231线加速度24232角加速度2524平动和转动的力学方程25241惯性张量25242Newton方程和Euler方程26思考题27第3章机器人的机构和运动2931传动机构29311齿轮传动29312丝杠30313带传动31314连杆传动32315减速装置3332机械臂的构型35321连杆和关节35322关节的自由度38323机械臂的基本结构4033机器人运动学41331正运动学41332DH建模实例45333逆运动学48334工作空间5534动力学56341 NewtonEuler递推方法56342迭代形式与封闭形式的动力学方程58343动力学方程应用举例58思考题61第4章机器人的驱动——电动机6241概述6242有刷直流电动机63421有刷直流电动机的工作原理64422有刷直流电动机的控制方法6843步进电动机70431步进电动机的工作原理71432步进电动机的控制方法7344永磁同步电动机73441永磁同步电动机的工作原理74442永磁同步电动机的控制方法7745舵机81451舵机的结构82452舵机的工作原理82453舵机的选型84思考题84第5章机器人的传感器和感知8651概述8652传感器的分类8653内部传感器87531位置和角度测量87532线速度和角速度测量92533加速度和角加速度测量93534姿态测量96535坐标位置传感器9854外部传感器100541视觉传感器100542触觉传感器103543力觉传感器106544接近觉传感器108545距离传感器110546听觉、味觉、嗅觉传感器11355传感器融合应用示例115思考题118第6章机器人控制器11961控制器的功能11962控制器的结构12163运动规划123631关节空间的轨迹规划123632操作空间的轨迹规划12664机器人编程127641机器人编程级别128642机器人语言的功能12965控制系统中的通信131651RS232131652USB132653Ethernet133654WiFi134655蓝牙135656IrDA135657CAN136思考题137第7章机器人操作系统13871概述138711为什么使用机器人操作系统139712ROS的特点140713ROS的版本14172ROS入门142721计算图143722ROS的文件系统146723ROS的开源社区147724安装ROS147725ROS的启动与命令工具150726ROS实践15173进一步理解ROS中的概念和机制156731节点156732话题157733服务160734动作161735参数161736命名16374ROS的编程应用164741构建系统164742话题编程流程172743服务编程流程179744动作编程流程182思考题186第8章机械臂应用示例18781机械臂简介18882机械臂建模189821ROS中的机器人模型189822URDF文件编写192823AUBO机械臂模型代码解读197824改进URDF模型20283机械臂仿真204831RViz平台204832Moveit!架构205833RViz+Moveit!仿真过程20784机械臂运行实验210841系统连接与搭建210842机械臂运动控制211843视觉抓取实现212思考题214参考文献215