协作机器人实训教程

本书旨在引导读者了解机器人领域中更灵活、更安全、更易于操作的协作机器人, 简要介绍了协作机器人的基础特性、运动学基础、动力学基础、运动规划、运动控制方法等理论知识。本书主要以斗山协作机械臂为例, 介绍了协作机器人的功能特点、软硬件特征及多种编程方法, 结合作者的协作机器人实践和竞赛培训经验, 梳理了丰富而易于上手的实训案例。

目 录 第一部分  协作机器人概述 第1章  绪论 2 1.1  机器人学 2 1.2  协作机器人 4 第2章  机器人学简介：建模、规划和控制 7 2.1  运动学基础 7 2.1.1  刚体的描述 7 2.1.2  正向运动学 9 2.1.3  逆向运动学 13 2.1.4  微分运动学 15 2.2  关节动力学基础 18 2.2.1  运动状态的正向递推 19 2.2.2  力的反向递推 19 2.2.3  摩擦力模型 20 2.2.4  动力学模型表示及特性 20 2.3  机器人的运动规划简介 21 2.3.1  路径规划 21 2.3.2  轨迹规划 23 2.4  机器人的运动控制方法简介 27 2.4.1  机器人的位置控制 27 2.4.2  机器人的力控制 28 第3章  协作机器人简介 30 3.1  协作机器人的优势和应用 30 3.1.1  优势 30 3.1.2  应用 31 3.2  协作机器人硬件介绍 32 3.2.1  机器人本体 32 3.2.2  控制箱 32 3.2.3  紧急停止按钮 33 3.3  协作机器人系统安装与配置 33 3.3.1  机器人安装与配置 34 3.3.2  外部设备连接 37 3.3.3  机器人基本参数介绍 38 3.3.4  末端工具安装 39 3.4  安全性功能设置 40 3.4.1  机器人使用时的注意事项 40 3.4.2  安全停止模式的类型 41 3.4.3  紧急停止 41 第4章  图形化编程：DART Platform 42 4.1  DART Platform 42 4.1.1  DART Platform的配置和启动 42 4.1.2  DART Platform的操作界面 43 4.1.3  启动机器人 44 4.1.4  点动模式 44 4.2  工作单元：机械臂和末端工具设置 48 4.2.1  工作单元 48 4.2.2  机器人设置 52 4.2.3  末端执行器设置 56 4.2.4  末端工具的使用方法 59 4.2.5  机器人其他参数的设置 59 4.2.6  检查机器人工作日志 63 4.3  图形化编程 63 4.3.1  图形化示教编程功能 63 4.3.2  图形化编程常用命令 66 第5章  Windows脚本编程：DART Studio 68 5.1  DART Studio总览 68 5.1.1  窗口显示与主题 68 5.1.2  更改窗口布局 69 5.1.3  连接控制器 69 5.1.4  使用模拟器 70 5.2  系统监控 70 5.2.1  监控栏 70 5.2.2  监控窗口 71 5.2.3  图形窗口 72 5.2.4  运动监控窗口 73 5.3  系统控制 74 5.3.1  机器人配置的一般步骤 74 5.3.2  安全区域概述 75 5.3.3  手动控制 77 5.3.4  故障恢复 78 5.4  脚本命令编程及调试 79 5.4.1  创建项目 79 5.4.2  DRL程序编辑器 80 5.4.3  DRL常用API函数 83 第6章  Linux环境编程：ROS概述 85 6.1  ROS简介 85 6.2  ROS安装 85 6.2.1  配置Ubuntu软件仓库 85 6.2.2  设置sources.list 85 6.2.3  设置密钥 86 6.2.4  安装 86 6.2.5  验证安装 86 6.3  ROS基础模块 86 6.3.1  安装和配置ROS环境 86 6.3.2  ROS文件系统导览 87 6.3.3  创建ROS软件包 89 6.3.4  理解ROS节点 91 6.3.5  理解ROS话题 93 6.3.6  ROS服务和rosparam 97 6.3.7  使用roslaunch 98 6.3.8  创建ROS消息（msg）文件和服务（srv）文件 100 第二部分  协作机器人编程实训 第7章  拖动示教编程 104 7.1  拖动示教 104 7.1.1  实训目的 104 7.1.2  实训准备 104 7.1.3  实训原理 104 7.1.4  实训步骤 105 7.1.5  实训结果 108 7.1.6  思考与问答 108 7.2  协作机器人点动模式运行 109 7.2.1  实训目的 109 7.2.2  实训准备 109 7.2.3  实训原理 109 7.2.4  实训步骤 109 7.2.5  实训结果 115 7.2.6  思考与问答 116 第8章  图形化编程案例 117 8.1  协作机器人运动控制 117 8.1.1  实训目的 117 8.1.2  实训准备 117 8.1.3  实训原理 117 8.1.4  实训步骤 117 8.1.5  实训结果 123 8.2  协作机器人碰撞检测与空间限制区域 124 8.2.1  实训目的 124 8.2.2  实训准备 124 8.2.3  实训原理 124 8.2.4  实训步骤 124 8.2.5  思考与问答 127 8.3  协作机器人抓取和码垛 127 8.3.1  实训目的 127 8.3.2  实训准备 127 8.3.3  实训原理 128 8.3.4  实训步骤 128 8.3.5  实训结果 131 8.3.6  思考与问答 131 第9章  脚本编程案例 133 9.1  无线远程连接控制 133 9.1.1  实训目的 133 9.1.2  实训准备 133 9.1.3  实训原理 133 9.1.4  实训步骤 134 9.1.5  思考与问答 136 9.2  协作机器人跳舞 136 9.2.1  实训目的 136 9.2.2  实训准备 137 9.2.3  实训原理 137 9.2.4  实训步骤 137 9.2.5  实训结果 139 9.2.6  思考与问答 140 9.3  协作机器人力控制 140 9.3.1  实训目的 140 9.3.2  实训准备 140 9.3.3  实训原理 140 9.3.4  实训步骤 140 9.3.5  力控制：曲面跟踪 143 9.3.6  实训结果 144 9.3.7  思考与问答 145 第10章  基于ROS的机器人实训案例 146 10.1  ROS基础：编写简单的发布者和订阅者 146 10.1.1  实训目的与要求 146 10.1.2  实训原理与步骤 146 10.1.3  实训结果 149 10.1.4  思考与问答 149 10.2  ROS基础：编写简单的服务和客户端 149 10.2.1  实训目的与要求 149 10.2.2  实训原理与步骤 149 10.2.3  实训结果 151 10.2.4  思考与问答 151 10.3  协作机器人ROS软件包认知 152 10.3.1  实训目的与要求 152 10.3.2  实训原理与环境配置 152 10.3.3  ROS软件包认知及代码解读 153 10.4  协作机器人抓取 160 10.4.1  实训目的与要求 160 10.4.2  实训原理 160 10.4.3  实训步骤 160 10.4.4  思考与问答 164 10.5  协作机器人数据监测 164 10.5.1  实训目的与要求 164 10.5.2  实验步骤 164 10.5.3  实训结果 168 10.5.4  思考与问答 169 10.6  协作机器人舞蹈 170 10.6.1  实训目的与要求 170 10.6.2  实训步骤 170 10.6.3  实训结果 175 10.6.4  思考与问答 175 参考文献 176