了得網工業技術_機器人及安全技術

內容簡介

本書主要研究、分析機器人中的關鍵技術問題，幫助讀者了解機器人的基本知識，以及機器人的發展歷史、現狀和未來的發展方向，掌握機器人研究的一般方法，為以後機電結合的設計和使用技術打下基礎。本書繫統地介紹了機器人的基礎理論和關鍵技術，主要內容包括機器人發展歷史、機器人的機械結構、傳感器在機器人上的應用、機器人的驅動繫統、機器人控制繫統以及機器人在應用及設計過程中所涉及的部分安全問題等。

本書可作為科研及工程技術人員的參考書，也可以作為控制科學與工程、計算機科學與技術等相關學科研究生或高年級本科生的教材。

章機器人的發展史 1
1.1 機器人名稱的由來 1
1.2 機器人的發展歷史 2
1.2.1 古代“機器人” 2
1.2.2 現代機器人的發展歷史 3
1.3 機器人的定義和分類 4
1.3.1 機器人的定義 4
1.3.2 機器人的分類 5
1.4 機器人的結構 10
1.4.1 機器人的基本組成 10
1.4.2 機器人的主要技術參數 10
1.4.3 機器人的工作原理 13
1.5 機器人的應用 13
1.5.1 民用機器人 13

章
機器人的發展史 1

1.1 機器人名稱的由來 1

1.2 機器人的發展歷史 2

1.2.1 古代“機器人”
2

1.2.2 現代機器人的發展歷史 3

1.3 機器人的定義和分類 4

1.3.1 機器人的定義 4

1.3.2 機器人的分類 5

1.4 機器人的結構 10

1.4.1 機器人的基本組成 10

1.4.2 機器人的主要技術參數 10

1.4.3 機器人的工作原理 13

1.5 機器人的應用 13

1.5.1 民用機器人 13

1.5.2 軍用機器人 14

1.6 機器人發展現狀 15

1.6.1 美國機器人發展現狀 15

1.6.2 日本機器人發展現狀 15

1.6.3 中國機器人發展現狀 16

1.7 未來機器人的發展方向 17

第二章機器人執行機構 18

2.1 機器人工作原理 18

2.2 機器人執行機構概況 18

2.3 兩種常見移動機構 19

2.3.1 輪式移動機構 19

2.3.2 足式移動機構 21

2.4 操作裝置結構組成 23

2.4.1 手部機構 24

2.4.2 手腕結構 34

2.4.3 臂部結構 35

2.4.4 機身結構 38

2.4.5 機身和臂部的配置形式 38

第三章機器人驅動繫統 41

3.1 機器人關節驅動方式 41

3.1.1 關節間接驅動方式 42

3.1.2 關節直接驅動方式 42

3.2 機器人驅動繫統 43

3.2.1 液壓驅動 43

3.2.2 氣壓驅動 44

3.2.3 電機驅動 45

3.3 驅動繫統的運動方式 45

3.3.1 旋轉驅動機構 46

3.3.2 直線驅動機構 46

3.3.3 制動器 46

3.4 電機 47

3.4.1 步進電機 47

3.4.2 直流電機 50

3.4.3 無刷直(交)流伺服電機 56

3.5 驅動繫統的選擇 60

3.5.1 驅動繫統 60

3.5.2 驅動器的選擇 62

3.5.3 伺服電機的選擇和傳動比的確定 62

3.5.4 驅動器的安裝 64

3.6 其他驅動繫統 65

3.6.1 超聲波電機 65

3.6.2 磁致伸縮驅動繫統 66

3.6.3 形狀記憶合金驅動繫統 66

第四章機器人控制技術 67

4.1 機器人控制基礎 67

4.1.1 機器人控制繫統的特點 67

4.1.2 機器人的控制方式 68

4.1.3 機器人的主要控制變量 69

4.2 機器人控制形式 70

4.2.1 位置控制 70

4.2.2 順應控制 71

4.3 位置和力的混合控制 72

4.3.1 環境約束定義 72

4.3.2 C曲面 73

4.3.3 R-C控制器 74

第五章機器人視覺技術 75

5.1 圖像處理問題 75

5.1.1 圖像處理簡介 75

5.1.2 圖像處理主要內容 76

5.1.3 圖像濾波 77

5.1.4 視覺圖像修正 79

5.1.5 視覺圖像分割 81

5.2 機器視覺理論基礎 83

5.2.1 圖像理解與機器視覺 83

5.2.2 攝像機模型 84

5.3 機器視覺與視覺跟蹤 85

5.3.1 機器視覺簡介 85

5.3.2 視覺跟蹤與主動視覺 86

5.4 圖像形態學處理 87

5.4.1 圖像直方圖規範化預處理 87

5.4.2 圖像的多分辨率表示 88

第六章專家繫統的應用及機器人安全性 89

6.1 專家繫統 89

6.1.1 專家繫統的一般結構 89

6.1.2 專家繫統的實現 90

6.2 機器人與專家繫統在機器人領域的應用 90

6.2.1 機器人感知 90

6.2.2 機器人規劃 91

6.2.3 機器人控制 92

6.2.4 機器人與專家繫統的結合 94

6.3 機器人中的安全問題 94

6.3.1 通信安全 94

6.3.2 機器人繫統安全 96

6.4 機器人應用及設計中的安全問題 100

6.4.1 機器人失控的安全防範 100

6.4.2 機器人安全I/O接口設計
102

6.4.3 士兵-機器人網絡繫統的安全
103

6.5 結束語 107

參考文獻 108

前言

隨著科技的發展，機器人已經走進我們的生活，其不僅廣泛應用於工業生產和制造業領域，而且在航天、海洋探測、危險或惡劣環境乃至軍事領域中都獲得了大量應用。機器人學涉及機械工程學、電子學、控制科學、計算機科學等眾多學科，是一門重要的綜合性前沿學科。
本書從知識結構上分為機器人基礎和機器人安全技術兩大體繫。書中通過對相關技術的詳細描述，使讀者掌握機器人設計的關鍵性技術，如外形結構設計技術、驅動技術、控制技術、視覺技術等，同時使讀者了解機器人所涉及的相關安全技術基礎，並了解機器人技術的應用、發展；培養讀者的創造性思維以及積極分析、思考問題的能力，為日後從事機器人研究工作打下扎實的理論基礎和良好的技術技能。
本書在內容編排方面，注重理論與工程實際的結合、基礎知識與現代技術的結合、繫統設計與應用的結合。本書繫統地介紹了機器人的基本組成和工作原理。全書共分六章，分別介紹了機器人的發展史、機器人的結構及機器人應用等，機器人執行機構，機器人驅動繫統，機器人控制技術，機器人視覺技術和專家繫統的應用及機器人安全性等內容。本書旨在為工科專業本科生或有實際經驗的工程師提供的知識, 以使他們能夠熟悉機器人, 懂得機器人, 並能設計機器人，能將機器人集成到一個具體的應用場合。

隨著科技的發展，機器人已經走進我們的生活，其不僅廣泛應用於工業生產和制造業領域，而且在航天、海洋探測、危險或惡劣環境乃至軍事領域中都獲得了大量應用。機器人學涉及機械工程學、電子學、控制科學、計算機科學等眾多學科，是一門重要的綜合性前沿學科。

本書從知識結構上分為機器人基礎和機器人安全技術兩大體繫。書中通過對相關技術的詳細描述，使讀者掌握機器人設計的關鍵性技術，如外形結構設計技術、驅動技術、控制技術、視覺技術等，同時使讀者了解機器人所涉及的相關安全技術基礎，並了解機器人技術的應用、發展；培養讀者的創造性思維以及積極分析、思考問題的能力，為日後從事機器人研究工作打下扎實的理論基礎和良好的技術技能。

本書在內容編排方面，注重理論與工程實際的結合、基礎知識與現代技術的結合、繫統設計與應用的結合。本書繫統地介紹了機器人的基本組成和工作原理。全書共分六章，分別介紹了機器人的發展史、機器人的結構及機器人應用等，機器人執行機構，機器人驅動繫統，機器人控制技術，機器人視覺技術和專家繫統的應用及機器人安全性等內容。本書旨在為工科專業本科生或有實際經驗的工程師提供的知識, 以使他們能夠熟悉機器人, 懂得機器人, 並能設計機器人，能將機器人集成到一個具體的應用場合。

本書的編寫參考了國內外學者的論著和資料，謹在此對其作者表示衷心的謝意，並對支持本書編寫和出版的所有從業者表示衷心的感謝！本書的章～第五章由趙婧負責編寫，第六章的第1～3節由魏彬編寫，第六章的第4～5節由魏悅川編寫。由於機器人技術一直處於不斷發展之中，再加上時間倉促，編者水平有限，難以全面、完整地對當前的前沿研究和熱點問題一一進行探討，書中難免存在不足之處，敬請廣大讀者給予批評指正。

編者

2016年6月

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