机器人机构设计(新工科机器人工程专业系列教材)

本书围绕机器人的机构 设计，分7章介绍了机器人 的发展历程与现状、机器人 的分类与性能，机器人运动 学基础，机器人速度分析与 力学分析，机器人驱动-传 动系统设计，机器人本体分 析与设计，机器人手腕与末 端执行器设计及典型机器人 设计实例。通过本书的学习 ，读者能够较为深入地了解 机器人的发展状态，能够初 步掌握机器人机构设计的基 本理论与方法，能够独立地 进行典型机器人系统的结构 设计。书中各章节配有习题 ，紧扣主要内容，以巩固知 识要点。 本书可以作为机器人工 程专业高年级本科生、硕士 研究生及博士研究生的教学 用书，也可以作为机器人和 自动化装备等应用研发领域 技术人员的参考用书。

第1章 绪论 1.1 工业机器人简介 1.1.1 工业机器人的定义 1.1.2 工业机器人的发展 1.2 工业机器人的组成 1.2.1 执行机构 1.2.2 驱动-传动系统 1.2.3 控制系统 1.2.4 智能系统 1.3 工业机器人的主要结构类型 1.3.1 直角坐标型机器人 1.3.2 圆柱坐标型机器人 1.3.3 球坐标型机器人 1.3.4 关节型机器人 1.3.5 并联机器人 1.4 机器人的分类和主要性能指标 1.4.1 机器人的分类 1.4.2 工业机器人的主要性能指标 1.5 工业机器人的设计步骤 习题 第2章 机器人运动学基础 2.1 刚体位姿的矩阵表示 2.1.1 位姿矩阵的建立 2.1.2 位姿矩阵的逆阵 2.1.3 多刚体位姿关系的表述 2.2 运动姿态和方向角 2.2.1 用旋转序列表示运动姿态 2.2.2 用绕基础坐标轴转角表示运动姿态 2.3 两连杆位姿矩阵的建立 2.3.1 连杆参数与关节变量的规定 2.3.2 两连杆位姿矩阵的表示 2.4 机器人位姿的正逆解 2.4.1 开链机器人 2.4.2 含局部闭链的机器人运动学求解 2.5 工作空间和末杆位姿图 2.5.1 工作空间 2.5.2 灵活性、灵活度和末杆位姿图 习题 第3章 速度分析与力学分析 3.1 速度、加速度分析 3.1.1 连杆速度分析 3.1.2 雅可比矩阵 3.1.3 连杆加速度分析 3.2 静力学分析 3.3 动力学分析 3.3.1 惯性参数计算公式 3.3.2 基于牛顿-欧拉方程的动力学算法 3.3.3 基于拉格朗日方程的动力学算法 习题 第4章 机器人驱动-传动系统设计 4.1 驱动-传动系统的组成及选择 4.1.1 驱动-传动系统的组成和作用 4.1.2 驱动装置的主要类型和优、缺点 4.1.3 驱动装置的选择 4.1.4 联轴器、传动机构及速比选择 4.1.5 位移检测元件 4.2 机器人常用传动机构的类型 4.2.1 谐波传动 4.2.2 摆线针轮传动 4.2.3 滚动螺旋传动 4.3 机器人常用驱动装置的类型 4.3.1 步进电动机 4.3.2 伺服电动机 4.3.3 机器人气压传动与控制技术 4.3.4 机器人液压传动与控制技术 习题 第5章 机器人本体分析与设计 5.1 机器人机型与构型方法 5.1.1 典型的商用机器人机型及其评价 5.1.2 机器人构型原则及方法 5.2 关节的构造及其传动配置 5.2.1 腰关节 5.2.2 肩关节和肘关节 5.2.3 直动关节 5.2.4 轴承的选择 5.3 臂杆及其平衡 5.3.1 臂杆的结构及材料选择 5.3.2 臂杆的平衡 5.4 机器人的静力学性能及动态特性分析 5.4.1 机器人的强度、刚度分析要点 5.4.2 机器人的动态特性分析 习题 第6章 机器人手腕与末端执行器设计 6.1 概述 6.2 手腕 6.2.1 单自由度手腕 6.2.2 二自由度手腕 6.2.3 三自由度手腕 6.3 末端执行器 6.3.1 夹持器 6.3.2 拟手指型执行器 6.3.3 吸式执行器 习题 第7章 典型机器人设计实例 7.1 直角坐标型机器人设计实例 7.1.1 直角坐标型机器人概述 7.1.2 结构布局设计 7.1.3 坐标轴机构设计 7.1.4 辅助装置设计 7.2 关节型机器人设计实例 7.2.1 发那科LR-MATE-100iB机器人简介 7.2.2 机器人正运动学计算 7.2.3 机器人动力学分析 7.2.4 关键零部件校核 参考文献