第1章緒論(1)

1.1機器人概述(1)

1.2機器人的分類(6)

1.3工業機器人繫統組成與技術參數(10)

1.4本書教學要求(16)

習題(17)

第2章工業機器人機械繫統設計(18)

2.1工業機器人總體設計(18)

2.2傳動機構(20)

2.3機身和臂部設計(30)

2.4腕部設計(38)

2.5手部設計(45)

2.6行走機構設計(51)

習題(55)

第3章工業機器人運動學(56)

3.1概述(56)

3.2剛體在空間中的位姿描述(56)

3.3齊次坐標與齊次坐標變換(58)

3.4變換方程的建立(63)

3.5RPY角與歐拉角(66)

3.6機器人連杆DH參數及其坐標變換(70)

3.7建立機器人運動學方程實例(73)

3.8機器人逆運動學(79)

習題(83)

第4章工業機器人靜力計算及動力學分析(86)

4.1速度雅可比矩陣與速度分析(86)

4.2力雅可比矩陣與靜力計算(91)

4.3工業機器人動力學分析(95)

4.4機器人動力學建模和仿真(101)

習題(104)

第5章工業機器人控制(105)

5.1機器人控制繫統與控制方式(105)

5.2單關節機器人模型和控制(107)

5.3基於關節坐標的伺服控制(113)

5.4基於直角坐標的伺服控制(115)

5.5機器人末端操作器的力/力矩控制(116)

5.6拖動示教的零力控制(120)

5.7工業機器人控制繫統硬件設計(122)

習題(124)

第6章工業機器人感覺繫統(126)

6.1工業機器人傳感器概述(126)

6.2位置和位移傳感器(129)

6.3速度傳感器(134)

6.4接近覺傳感器(137)

6.5觸覺傳感器(141)

6.6工業機器人視覺技術(148)

6.7其他外部傳感器(159)

習題(159)

第7章工業機器人軌跡規劃與編程(160)

7.1工業機器人軌跡規劃(160)

7.2關節空間法(162)

7.3直角坐標空間法(174)

7.4軌跡的實時生成(179)

7.5工業機器人編程(180)

7.6工業機器人離線編程(185)

習題(189)

第8章工業機器人的應用(191)

8.1工業機器人的應用準則、步驟和安全實施規範(191)

8.2焊接機器人繫統及其應用(193)

8.3噴塗機器人繫統組成及應用(204)

習題(209)

參考文獻(210) 

第五版前言本教材自2009年版問世以來，經四次再版、十多次印刷，發行了10萬多冊，被全國幾十所院校機械類相關專業采用，深受讀者的厚愛。在使用中，許多授課老師和讀者向我們提出了寶貴意見和建議，使我們受益匪淺，在此，向熱心支持和幫助我們的相關兄弟院校的教師以及讀者表示衷心的感謝。經過近幾年努力，本教材入選2021年河南省“十四五”普通高等教育規劃教材(重點立項)，教材支撐建設的“工業機器人”課程獲評2021年河南省線下一流課程。工業機器人被稱為“制造業皇冠的明珠”，是衡量一個國家科技創新和高端制造業水平的重要標志。隨著“中國制造2025”“機器換人”“智能制造”國家發展戰略的快速推進，我國已經成為全球規模*大的工業機器人市場，機器人技術人纔需求空間巨大。在機器人市場需求的強力驅動下，工業機器人課程成為傳統機械類專業改造升級、新工科專業必開的骨干核心專業課程，也迎來了快速發展的新階段。由此可見，工業機器人教材建設至關重要，這也促使我們不斷修訂、完善本教材，以順應時代發展對機器人技術的新要求。此次再版圍繞課程思政與“金課”建設兩個著力點展開修訂。仍以地方院校機械類應用型高級人纔培養為目標，強調機器人理論知識和工程實際應用技術的*佳結合，在適當展開理論分析的基礎上，著重強調多學科知識的綜合應用和*新工程應用案例介紹，強化機器人技術工程應用能力的培養。遵循“兩性一度”金課建設要求，精心梳理教材基本知識與拓展知識兩部分內容的深淺界限，構建工程創新應用和設計研究分析兩層次的教材體繫，特意增加了加深教材難度的拓展知識內容，如第3章運動學部分，增加了旋量理論基本概念和PoE指數積運動學建模方法等拓展內容，為增加課堂教學難度和拓展教學深度留下一定的空間，滿足學生個性化發展的需求。在教材修訂過程中，我們力求以學生成長為中心，以立德樹人為引領，構建教材內容與課堂思政教學一體化融合的課程思政體繫，潤思政教育於日常課堂教學中。例如：從機器人發展歷程中，讓學生領會科技工作者追求技術創新的鍥而不舍的探索精神，體會科技創新過程的艱辛和創新成果對社會進步的推動作用及給生活帶來的便利，感受我國機器人技術的快速發展，增強民族自信心；從工業機器人機械結構演變過程中，理解仿人手臂機械結構設計的*優性，體會仿生結構設計的重要性；將機器人繫統的構成與人類身體由四肢、肌肉、五官和大腦所組成相比擬，幫助學生深刻理解和掌握機器人的機械結構、驅動方式、傳感檢測和控制策略等相關核心知識點；從北京鼕奧會冰雪運動比賽中跳躍、旋轉等美妙、流暢、絲滑的動作談起，討論運動員空中位姿到位與否對落地成敗的關鍵影響，引入準確求解剛體位置與姿態的重要性，激發學生探究位姿描述數學方法的鬥志和對運動學的學習興趣，強化數學對機器人理論支撐的重要性，讓學生體會到數學與工程應用完美結合的魅力；等等。此外，還建立了教材每章的課素庫（掃相關二維碼獲取），供老師們在課程教學中參考和靈活運用，以期達到拋磚引玉的作用。此次再版更注重細節內容的校對與修訂，以及深層次知識點的拓展、仿真技術應用和前沿工程技術的增添。相關知識以二維碼形式呈現，供學有餘力的同學選擇。再版教材更有利於讀者理解課程難點和要點，給出了進一步提升、拓展知識的努力方向。同時，調整、刪減了一些使用不多、關聯不大的傳統知識內容。本書共分8章：第1章緒論、第2章工業機器人機械繫統設計、第3章工業機器人運動學、第4章工業機器人靜力計算及動力學分析、第5章工業機器人控制、第6章工業機器人感覺繫統、第7章工業機器人軌跡規劃與編程、第8章工業機器人的應用。本次再版具體分工為：第1章由河南科技大學韓建海、庫柏特機器人有限公司闫琳負責；第2章由河南科技大學韓建海、李向攀負責；第3章由河南科技大學韓建海、安徽工業大學葉曄負責；第4章由湖北工業大學張錚、河南科技大學郭冰菁負責；第5章由河南科技大學韓建海、河南農業大學李慧琴負責；第6章由河南科技大學郭冰菁、安陽工學院韓向可負責；第7章由河南科技大學郭冰菁、中原科技學院陳天聰負責；第8章由河南科技大學韓建海、河南科技大學李向攀負責。本書由韓建海擔任主編，並負責全書統稿工作。張文飛等碩士研究生在習題集資料收集與整理、仿真分析等方面做了許多工作。在教材修訂過程中我們參閱了同行專家學者和一些院校的教材、資料和文獻，在此謹致謝意。修訂後的教材有較明顯的改進與提高，但由於編者水平有限，書中難免仍存在不足之處和錯誤，敬請讀者批評指正。編者2022年3月