机器人技术基础与应用

本书面向航空航天、智能制造、国防军事、医疗康复等国家重大战略与学科前沿发展的迫切应用需求，立足“两化融合”特色，详细介绍机器人技术的基本原理及其典型应用。本书以读者为中心，注重教材新形态立体化建设，注重融入思政元素，注重产教融合，增强教材的可读性和实用性。本书分为6章，主要内容涉及机器人的概念、发展历史、组成、分类、主要技术参数；机器人运动描述的数学基础、正运动学、逆运动学、雅可比矩阵、轨迹规划、动力学；并联机器人运动学、奇异性、工作空间、动力学；机器人感知系统、驱动系统；机器人控制方法、控制装置；机器人在航空航天、军事、工业、医疗康复、服务、教育等领域的应用。本书采用现代信息技术，运用书中二维码关联视频资源，帮助读者理解和拓展相关知识内容。本书可作为普通高等教育机器人工程、智能制造等相关专业的本科教材，也可供相关专业研究生参考学习，还可作为相关领域科研和技术人员的参考书。

第1章 绪论
1.1 概述
1.2 机器人的概念
1.3 机器人的发展历史
1.3.1 古代机器人的发展
1.3.2 现代机器人的发展
1.4 机器人的组成
1.5 机器人的分类
1.5.1 按机器人的几何结构分类
1.5.2 按机器人的控制方式分类
1.5.3 按机器人的主要用途分类
1.6 机器人的常见图形符号
1.7 机器人的主要技术参数
1.7.1 机器人的自由度
1.7.2 机器人的工作空间
1.7.3 机器人的…大工作速度
1.7.4 机器人的承载能力
1.7.5 机器人的分辨率和精度
1.7.6 典型机器人的技术参数
1.8 小结
习题
第2章 串联机器人运动学与动力学
2.1 概述
2.2 机器人运动描述的数学基础
2.2.1 刚体位姿描述
2.2.2 坐标变换
2.2.3 变换方程
2.3 机器人正运动学
2.3.1 连杆参数与连杆坐标系
2.3.2 连杆变换与运动学方程
2.3.3 UR5机器人运动学实例
2.4 机器人逆运动学
2.4.1 逆解的可解性
2.4.2 逆解的求解方法
2.4.3 UR5运动学逆解
2.5 机器人的雅可比矩阵
2.5.1 刚体的线速度和角速度
2.5.2 机器人连杆的运动
2.5.3 连杆间的速度传递
2.5.4 速度雅可比矩阵
2.5.5 UR5机器人的速度雅可比矩阵实例
2.5.6 奇异性
2.5.7 力雅可比矩阵
2.6 机器人轨迹规划
2.6.1 路径描述与生成
2.6.2 三次多项式插值
2.6.3 过路径点的三次多项式插值
2.6.4 五次多项式插值
2.7 机器人动力学
2.7.1 牛顿-欧拉方程
2.7.2 牛顿-欧拉动力学
2.7.3 第二类拉格朗日方程
2.7.4 拉格朗日动力学
2.8 小结
习题
第3章 并联机器人运动学与动力学
3.1 概述
3.2 运动学
3.2.1 逆运动学
3.2.2 正运动学
3.3 奇异性
3.3.1 奇异性分类
3.3.2 奇异性和静力学
3.3.3 奇异性和运动学
3.4 工作空间
3.4.1 工作空间的极限、表示和类型
3.4.2 工作空间的计算方法
3.4.3 数值方法
3.5 动力学
3.5.1 动力学的意义
3.5.2 动力学模型
3.5.3 闭链动力学
3.6 实例分析
3.6.1 6-UPS机构概述
3.6.2 逆运动学分析
3.6.3 各构件的速度
3.6.4 各构件的加速度
3.6.5 雅可比矩阵
3.6.6 奇异性与工作空间
3.6.7 动力学分析
3.7 小结
习题
第4章 机器人传感与驱动
4.1 概述
4.2 机器人感知系统
4.2.1 传感器的基础知识
4.2.2 传感器的性能指标
4.2.3 机器人对传感器的要求
4.2.4 机器人传感器的分类
4.2.5 常用的内部传感器
4.2.6 常用的外部传感器
4.3 机器人驱动系统
4.3.1 机器人驱动系统的分类
4.3.2 液压驱动
4.3.3 气压驱动
4.3.4 电机驱动
4.3.5 智能材料驱动
4.4 小结
习题
第5章 机器人控制技术
5.1 概述
5.2 机器人控制方法
5.2.1 机器人控制问题
5.2.2 机器人位置控制
5.2.3 机器人力控制
5.2.4 机器人智能控制
5.3 机器人控制装置
5.3.1 机器人控制系统基础
5.3.2 嵌入式机器人控制系统
5.3.3 以PLC为核心的机器人控制系统
5.3.4 基于运动控制器的机器人控制系统
5.3.5 总线式机器人控制系统
5.4 典型机器人控制系统实例
5.4.1 机器人控制系统设计
5.4.2 6-UPS并联机器人控制算法设计
5.4.3 6-UPS并联机器人控制系统构建
5.5 小结
习题
第6章 机器人的应用
6.1 概述
6.2 机器人在航空航天领域的应用
6.2.1 航空航天机器人发展历史
6.2.2 面向航空航天制造装配的机器人
6.2.3 面向太空作业的空间机器人
6.2.4 航空航天机器人展望
6.3 机器人在军事领域的应用
6.3.1 军用机器人发展历史
6.3.2 地面军用机器人
6.3.3 空中军用机器人
6.3.4 水下军用机器人
6.3.5 军用机器人展望
6.4 机器人在工业领域的应用
6.4.1 工业机器人发展历史
6.4.2 工业机器人关键技术
6.4.3 工业机器人典型应用案例
6.4.4 工业机器人展望
6.5 机器人在医疗康复领域的应用
6.5.1 医疗机器人发展历史
6.5.2 功能恢复与辅助型康复机器人
6.5.3 功能代偿型康复设备
6.5.4 手术机器人
6.5.5 医疗机器人展望
6.6 机器人在服务领域的应用
6.6.1 服务机器人发展历史
6.6.2 服务机器人关键技术
6.6.3 服务机器人典型应用案例
6.6.4 服务机器人展望
6.7 机器人在教育领域的应用
6.7.1 教育机器人发展历史
6.7.2 教育机器人的特点
6.7.3 比赛类教育机器人
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