現代機械設計手冊 工業機器人繫統設計 第2版 單行本
作 者: 吳成東,姜楊 編
定 價: 58
出?版?社: 化學工業出版社
出版日期: 2020年02月01日
頁 數: 229
裝 幀: 平裝
ISBN: 9787122356413
●第23篇 工業機器人繫統設計
章工業機器人技術基礎
1.1工業機器人定義23-3
1.2工業機器人組成23-3
1.2.1操作機23-3
1.2.2控制器23-6
1.2.3示教器23-8
1.2.4驅動繫統23-8
1.2.5傳感器23-10
1.3視覺技術23-10
1.4工業機器人主要性能參數23-11
1.5工業機器人基本術語23-13
1.5.1有關機械結構和性能的術語23-13
1.5.2有關控制和安全的術語23-14
1.6工業機器人分類23-15
1.6.1按結構特征劃分23-15
1.6.2按控制方式劃分23-16
1.6.3按驅動方式劃分23-17
1.6.4按應用領域劃分23-17
1.7工業機器人應用和發展趨勢23-19
第2章機器人運動學與動力學
2.1數理基礎23-22
2.1.1位置描述23-22
2.1.2方位描述23-22
2.1.3位姿描述23-23
2.2坐標變換23-23
2.2.1平移坐標變換23-23
2.2.2旋轉坐標變換23-23
2.3齊次坐標變換23-24
2.3.1齊次變換23-24
2.3.2平移齊次坐標變換23-24
2.3.3旋轉齊次坐標變換23-24
2.4物體的變換及逆變換23-25
2.4.1物體位置描述23-25
2.4.2齊次變換的逆變換23-25
2.4.3變換方程初步23-26
2.5通用旋轉變換23-26
2.5.1通用旋轉變換公式23-26
2.5.2等效轉角與轉軸23-27
2.6機器人運動學23-28
2.6.1機器人運動方程的表示23-28
2.6.1.1運動姿態和方向角23-28
2.6.1.2運動位置和坐標23-30
2.6.1.3連杆變換矩陣及其乘積23-31
2.6.2機械手運動方程的求解23-32
2.6.2.1歐拉變換解23-32
2.6.2.2滾、仰、偏變換解23-34
2.6.2.3球面變換解23-34
2.7機器人動力學23-35
2.7.1剛體動力學23-35
2.7.1.1剛體的動能與位能23-35
2.7.1.2動力學方程的兩種求法23-36
2.7.2機械手動力學方程23-39
2.7.2.1速度的計算23-39
2.7.2.2動能和位能的計算23-40
2.7.2.3動力學方程的推導23-42
第3章工業機器人本體
3.1概述23-44
3.1.1工業機器人的本體結構23-44
3.1.2工業機器人本體的發展趨勢23-45
3.2工業機器人自由度與坐標形式23-46
3.2.1工業機器人的自由度23-46
3.2.2工業機器人本體的運動副23-46
3.2.3工業機器人運動坐標形式23-48
3.2.4工業機器人的主要構型23-48
3.3工業機器人工作空間與結構尺寸23-50
3.3.1機器人工作空間23-50
3.3.2確定工作空間的幾何法23-51
3.3.3工作空間與機器人結構尺寸的關繫23-51
3.4機器人結構優化23-51
3.4.1結構優化的目的23-51
3.4.2位置結構的優化設計23-51
3.4.3要求使工作空間最小的優化設計23-52
3.4.4要求使工作空間優選的優化設計23-52
3.5機器人整機設計原則和方法23-52
3.5.1機器人整機設計原則23-52
3.5.2機器人本體設計步驟23-53
3.6機器人的機械結構23-54
3.6.1腰部結構23-54
3.6.2臂部結構23-55
3.6.3腕部結構23-57
3.6.4末端執行器結構23-58
3.6.5工業機器人的運動傳動機構23-58
3.6.6工業機器人的移動機構23-63
3.6.7SCARA23-65
3.6.8並聯機器人23-66
3.6.9AGV23-67
3.7剛度、強度計算及誤差分配23-69
3.7.1機器人剛度計算23-69
3.7.2機器人本體強度計算23-69
3.7.3機器人本體連杆參數誤差分配23-69
第4章工業機器人控制繫統
4.1概述23-70
4.1.1工業機器人控制繫統的特點23-70
4.1.2工業機器人控制繫統的主要功能23-70
4.1.3工業機器人的控制方式23-71
4.1.4工業機器人控制繫統達到的功能23-71
4.1.5工業機器人控制繫統的特點23-71
4.2工業機器人先進控制技術和方法23-71
4.2.1自適應控制23-72
4.2.2滑模變結構控制23-72
4.2.3魯棒控制23-72
4.2.4智能控制23-72
4.3機器人控制繫統分類23-73
4.3.1集中式控制繫統CCS23-73
4.3.2分布式控制繫統DCS23-73
4.4機器人控制繫統設計23-74
4.4.1控制繫統結構23-74
4.4.2下位機控制繫統的設計23-75
4.4.3示教盒從機的設計23-76
4.5機器人典型控制方法23-76
4.5.1機器人PID控制23-76
4.5.1.1機器人獨立PD控制23-76
4.5.1.2基於重力補償的機器人PD控制23-77
4.5.1.3機器人魯棒自適應PD控制23-77
4.5.2滑模控制23-78
4.5.2.1工作原理23-79
4.5.2.2滑模控制設計流程23-79
4.5.2.3機械手滑模魯棒控制23-80
4.5.2.4基於計算力矩法的滑模控制23-81
4.5.2.5基於輸入輸出穩定性理論的滑模控制23-82
4.5.3自適應控制23-83
4.5.3.1自適應控制繫統23-83
4.5.3.2自適應控制繫統類型23-83
4.5.3.3自適應機器人23-84
4.5.3.4自適應控制常用的控制器23-84
4.5.4模糊控制23-86
4.5.4.1基本原理23-86
4.5.4.2模糊控制規則生成23-87
4.5.4.3規則形式23-87
4.5.4.4Fuzzy-PID復合控制23-87
4.5.5機器人順應控制23-88
4.5.5.1概述23-88
4.5.5.2被動式順應控制23-88
4.5.5.3主動式順應控制23-89
4.5.6位置和力控制23-89
4.5.6.1位置控制23-89
4.5.6.2力控制23-89
4.5.6.3位置和力的混合控制23-92
4.5.6.4R-C控制器23-92
4.5.6.5改進的R-C力和位置混合控制23-93
4.6控制繫統硬件構成23-94
4.6.1機器人控制繫統硬件組成23-94
4.6.2機器人控制繫統結構23-94
4.6.3機器人控制器23-96
4.7控制繫統軟件構成23-97
4.7.1程序數據建立23-97
4.7.1.1初識程序數據23-97
4.7.1.2程序數據的類型與分類23-97
4.7.1.3關鍵的程序數據23-98
4.7.2RAPID程序創建23-98
4.7.2.1程序模塊與例行程序23-98
4.7.2.2RAPID 控制指令23-98
4.8機器人常用編程語言23-99
第5章工業機器人驅動繫統
5.1概述23-100
5.2機器人驅動繫統特點23-100
5.2.1基本驅動繫統的特點23-100
5.2.2電液伺服驅動繫統的特點23-100
5.3電動驅動繫統23-100
5.3.1同步式交流伺服電動機及驅動器23-101
5.3.1.1交流伺服電動機分類和特點23-102
5.3.1.2交流同步伺服電動機23-104
5.3.1.3應用舉例：工業機器人伺服電動機行業測試解決方案——MPT100023-104
5.3.2步進電動機及驅動器23-105
5.3.2.1概述23-105
5.3.2.2驅動方式23-107
5.3.2.3步進電動機驅動板說明23-108
5.3.2.4步進電動機及步進驅動器配套選型23-109
5.3.3直流伺服電動機及驅動器23-109
5.3.3.1直流伺服電動機的特點23-110
5.3.3.2直流伺服電動機的工作原理23-110
5.3.3.3工作特性23-111
5.3.3.4直流伺服電動機調速原理23-112
5.3.3.5直流伺服電動機特點及應用範圍23-115
5.3.4直接驅動電動機23-115
5.3.4.1直線電動機工作原理23-116
5.3.4.2直線電動機的特點23-117
5.3.4.3直線電動機的分類23-118
5.3.4.4力矩電動機工作原理、特點及分類23-118
5.3.4.5直流驅動電動機應用實例23-119
5.4電液伺服驅動繫統23-120
5.4.1繫統組成23-121
5.4.2特點23-121
5.4.3工作原理23-121
5.4.4要求23-121
5.4.5設計步驟23-121
5.4.6液壓繫統及其在機器人驅動與控制中的應用23-122
5.5氣動驅動繫統23-122
5.5.1氣動驅動繫統構件23-122
5.5.2氣動比例控制繫統23-123
5.5.2.1氣動比例控制繫統組成23-123
5.5.2.2MPYE型伺服閥23-123
5.5.3控制原理23-124
5.5.4控制應用23-124
5.5.4.1張力控制23-124
5.5.4.2加壓控制23-124
5.5.4.3位置和力控制23-124
5.5.5氣動繫統在機器人驅動與控制中的應用23-125
5.5.5.1氣動繫統在機器人中應用的優勢23-125
5.5.5.2氣動機器人的適合場合23-125
5.5.5.3氣動機器人技術應用進展23-125
5.5.5.4氣動機器人應用23-126
第6章工業機器人常用傳感器
6.1概述23-128
6.1.1傳感器定義及指標23-128
6.1.2機器人的感覺策略23-128
6.1.3機器人傳感器的分類23-129
6.1.4傳感器選用原則23-130
6.2內傳感器23-131
6.2.1規定位置/角度的檢測23-131
6.2.2位置和角度的檢測23-132
6.2.3速度和角速度的檢測23-135
6.2.4加速度和角加速度的測量23-136
6.2.5姿態角的檢測23-138
6.3外傳感器23-140
6.3.1視覺傳感器23-140
6.3.2觸覺傳感器23-144
6.3.3力覺傳感器23-147
6.3.4接近覺傳感器23-150
6.3.5長距離傳感器23-152
6.3.6聽覺傳感器23-154
6.3.7其他相關傳感器23-155
第7章機器人視覺技術
7.1概述23-157
7.1.1應用背景23-157
7.1.2發展現狀23-157
7.1.3視覺伺服關鍵技術問題23-158
7.2機器人視覺繫統組成23-160
7.2.1機器人視覺繫統的分類23-160
7.2.1.1視覺伺服繫統的分類23-160
7.2.1.2全向視覺繫統分類23-161
7.2.2機器人視覺伺服控制繫統的組成23-162
7.2.3鏡頭和視覺傳感器23-163
7.2.3.1針孔攝像機23-163
7.2.3.2高斯光學23-163
7.2.3.3遠心鏡頭23-165
7.2.3.4視覺傳感器23-166
7.3單目視覺23-168
7.3.1單目攝像機標定23-168
7.3.2單目視覺的位置測量23-169
7.3.3單目視覺定位方法23-170
7.3.3.1基於單幀圖像的定位方法23-170
7.3.3.2基於雙幀或多幀圖像的定位23-171
7.4雙目視覺23-171
7.4.1雙目立體視覺原理23-171
7.4.2雙目立體視覺的精度分析23-173
7.4.3雙目立體視覺的繫統結構23-174
7.4.3.1基於兩個攝像機的雙目繫統結構23-175
7.4.3.2基於單個攝像機的雙目繫統結構23-175
7.4.4雙目立體視覺中的極線幾何23-176
7.4.5雙目立體視覺中的對應點匹配23-177
7.4.5.1圖像匹配的常用方法23-177
7.4.5.2已知極線幾何的對應點匹配方法23-178
7.4.5.3未知極線幾何的對應點匹配方法23-179
7.4.6雙目視覺繫統標定23-181
7.4.6.1雙目立體視覺常規標定方法23-181
7.4.6.2基於標準長度的標定方法23-181
7.5機器人二維視覺信息處理23-182
7.5.1數字化處理23-182
7.5.1.1采樣23-182
7.5.1.2量化23-182
7.5.2編碼壓縮23-183
7.5.2.1壓縮的原理23-183
7.5.2.2編碼分類23-183
7.5.3圖像增強和復原23-183
7.5.3.1圖像增強23-183
7.5.3.2圖像復原23-187
7.5.4圖像分割23-187
7.5.4.1閾值化23-187
7.5.4.2基於邊緣的分割23-187
7.5.4.3基於區域的分割23-188
7.5.5形態學處理23-188
7.5.5.1二值形態學23-188
7.5.5.2灰度形態學23-189
7.5.6特征提取23-190
7.5.6.1特征的定義與分類23-190
7.5.6.2特征選取的準則23-191
7.5.6.3基本紋理特征23-191
7.5.7模式識別23-192
7.5.7.1模式與模式識別23-192
7.5.7.2統計模式識別23-193
7.5.7.3句法模式識別23-193
7.6機器人三維視覺信息處理23-195
7.6.1三維重建23-195
7.6.1.1被動式三維重建技術23-195
7.6.1.2主動式三維重建技術23-196
7.6.2基於深度傳感器的三維重建流程23-198
7.6.2.1相關概念23-198
7.6.2.2具體流程23-200
7.7機器人視覺技術應用23-203
7.7.1消防機器人視覺感知技術23-203
7.7.2基於機器視覺的工業機器人分揀技術23-203
7.7.3蘋果采摘機器人視覺感知技術23-205
第8章工業機器人典型應用
8.1焊接機器人23-207
8.1.1焊接機器人的分類及特點23-207
8.1.2焊接機器人的繫統組成23-208
8.1.2.1點焊機器人23-208
8.1.2.2弧焊機器人23-209
8.1.2.3激光焊接機器人23-210
8.1.3焊接機器人的周邊設備與布局23-210
8.1.3.1周邊設備23-210
8.1.3.2工位布局23-212
8.1.4焊接機器人應用案例23-213
8.1.4.1點焊機器人應用案例23-213
8.1.4.2弧焊機器人應用案例23-213
8.1.4.3激光焊接機器人應用案例23-213
8.2搬運機器人23-213
8.2.1搬運機器人的分類及特點23-213
8.2.2搬運機器人的繫統組成23-214
8.2.3搬運機器人的周邊設備與工位布局23-214
8.2.3.1周邊設備23-214
8.2.3.2工位布局23-215
8.2.4搬運機器人應用實例23-215
8.3碼垛機器人23-215
8.3.1碼垛機器人分類及特點23-215
8.3.2碼垛機器人的繫統組成23-215
8.3.3碼垛機器人的周邊設備和工位布局23-216
8.3.3.1周邊設備23-216
8.3.3.2工位布局23-217
8.3.4碼垛機器人應用實例23-218
8.4裝配機器人23-218
8.4.1裝配機器人分類及特點23-218
8.4.2裝配機器人的繫統組成23-219
8.4.3裝配機器人的周邊設備和工位布局23-220
8.4.3.1周邊設備23-220
8.4.3.2工位布局23-220
8.4.4裝配機器人應用實例23-220
8.5塗裝機器人23-220
8.5.1塗裝機器人分類及特點23-220
8.5.2塗裝機器人的繫統組成23-221
8.5.3塗裝機器人的周邊設備和工位布局23-221
8.5.3.1周邊設備23-222
8.5.3.2工位布局23-222
8.5.4塗裝機器人應用實例23-222
8.6打磨拋光機器人23-222
8.6.1打磨拋光機器人分類及特點23-222
8.6.2打磨拋光機器人的繫統組成23-223
8.6.3打磨拋光機器人的周邊設備和工位布局23-224
8.6.3.1周邊設備23-224
8.6.3.2工位布局23-225
8.6.4打磨拋光機器人應用實例23-225
8.7協作機器人23-225
8.7.1協作機器人定義和特點23-226
8.7.2協作機器人的典型產品23-226
參考文獻23-228
內容簡介
《現代機械設計手冊》第二版單行本共20個分冊，涵蓋了機械常規設計的所有內容。各分冊分別為：《機械零部件結構設計與忌》《機械制圖及精度設計》《機械工程材料》《連接件與緊固件》《軸及其連接件設計》《軸承》《機架、導軌及機械振動設計》《彈簧設計》《機構設計》《機械傳動設計》《減速器和變速器》《潤滑和密封設計》《液力傳動設計》《液壓傳動與控制設計》《氣壓傳動與控制設計》《智能裝備繫統設計》《工業機器人繫統設計》《疲勞強度可靠性設計》《逆向設計與數字化設計》《創新設計與綠色設計》。
本書為《工業機器人繫統設計》，主要介紹了工業機器人技術基礎、機器人運動學與動力學、工業機器人本體、工業機器人控制繫統、工業機器人驅動繫統、工業機器人常用傳感器、機器人視覺技術、工業機器人典型應用等。本書可作為機械設計人員和有關工程技術人員的工具書，也可供高等院校相關專業師生參考。
