现代机械设计手册：单行本——工业机器人系统设计（第二版）

图书标准信息

• 作者 姜杨 主编；吴成东
• 出版社 化学工业出版社
• 出版时间 2020-02
• 版次 2
• ISBN 9787122356413
• 定价 58.00元
• 装帧 其他
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 229页
• 字数 1千字

【内容简介】

现代机械设计手册第二版单行本共20个分册，涵盖了机械常规设计的所有内容。各分册分别为：机械零部件结构设计与忌机械制图及精度设计机械工程材料连接件与紧固件轴及其连接件设计轴承机架、导轨及机械振动设计弹簧设计机构设计机械传动设计减速器和变速器润滑和密封设计液力传动设计液压传动与控制设计气压传动与控制设计智能装备系统设计机器人系统设计疲劳强度可靠设计逆向设计与数字化设计创新设计与绿设计。本书为机器人系统设计，主要介绍了机器人技术基础、机器人运动学与动力学、机器人本体、机器人控制系统、机器人驱动系统、机器人常用传感器、机器人视觉技术、机器人典型应用等。本书可作为机械设计人员和有关工程技术人员的工具书，也可供高等院校相关专业师生参。

【目录】

第23篇 工业机器人系统设计

第1章工业机器人技术基础

1.1工业机器人定义23-3

1.2工业机器人组成23-3

1.2.1操作机23-3

1.2.2控制器23-6

1.2.3示教器23-8

1.2.4驱动系统23-8

1.2.5传感器23-10

1.3视觉技术23-10

1.4工业机器人主要性能参数23-11

1.5工业机器人基本术语23-13

1.5.1有关机械结构和性能的术语23-13

1.5.2有关控制和安全的术语23-14

1.6工业机器人分类23-15

1.6.1按结构特征划分23-15

1.6.2按控制方式划分23-16

1.6.3按驱动方式划分23-17

1.6.4按应用领域划分23-17

1.7工业机器人应用和发展趋势23-19

第2章机器人运动学与动力学

2.1数理基础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坐标变换23-23

2.2.1平移坐标变换23-23

2.2.2旋转坐标变换23-23

2.3齐次坐标变换23-24

2.3.1齐次变换23-24

2.3.2平移齐次坐标变换23-24

2.3.3旋转齐次坐标变换23-24

2.4物体的变换及逆变换23-25

2.4.1物体位置描述23-25

2.4.2齐次变换的逆变换23-25

2.4.3变换方程初步23-26

2.5通用旋转变换23-26

2.5.1通用旋转变换公式23-26

2.5.2等效转角与转轴23-27

2.6机器人运动学23-28

2.6.1机器人运动方程的表示23-28

2.6.1.1运动姿态和方向角23-28

2.6.1.2运动位置和坐标23-30

2.6.1.3连杆变换矩阵及其乘积23-31

2.6.2机械手运动方程的求解23-32

2.6.2.1欧拉变换解23-32

2.6.2.2滚、仰、偏变换解23-34

2.6.2.3球面变换解23-34

2.7机器人动力学23-35

2.7.1刚体动力学23-35

2.7.1.1刚体的动能与位能23-35

2.7.1.2动力学方程的两种求法23-36

2.7.2机械手动力学方程23-39

2.7.2.1速度的计算23-39

2.7.2.2动能和位能的计算23-40

2.7.2.3动力学方程的推导23-42

第3章工业机器人本体

3.1概述23-44

3.1.1工业机器人的本体结构23-44

3.1.2工业机器人本体的发展趋势23-45

3.2工业机器人自由度与坐标形式23-46

3.2.1工业机器人的自由度23-46

3.2.2工业机器人本体的运动副23-46

3.2.3工业机器人运动坐标形式23-48

3.2.4工业机器人的主要构型23-48

3.3工业机器人工作空间与结构尺寸23-50

3.3.1机器人工作空间23-50

3.3.2确定工作空间的几何法23-51

3.3.3工作空间与机器人结构尺寸的关系23-51

3.4机器人结构优化23-51

3.4.1结构优化的目的23-51

3.4.2位置结构的优化设计23-51

3.4.3要求使工作空间最小的优化设计23-52

3.4.4要求使工作空间最大的优化设计23-52

3.5机器人整机设计原则和方法23-52

3.5.1机器人整机设计原则23-52

3.5.2机器人本体设计步骤23-53

3.6机器人的机械结构23-54

3.6.1腰部结构23-54

3.6.2臂部结构23-55

3.6.3腕部结构23-57

3.6.4末端执行器结构23-58

3.6.5工业机器人的运动传动机构23-58

3.6.6工业机器人的移动机构23-63

3.6.7SCARA23-65

3.6.8并联机器人23-66

3.6.9AGV23-67

3.7刚度、强度计算及误差分配23-69

3.7.1机器人刚度计算23-69

3.7.2机器人本体强度计算23-69

3.7.3机器人本体连杆参数误差分配23-69

第4章工业机器人控制系统

4.1概述23-70

4.1.1工业机器人控制系统的特点23-70

4.1.2工业机器人控制系统的主要功能23-70

4.1.3工业机器人的控制方式23-71

4.1.4工业机器人控制系统达到的功能23-71

4.1.5工业机器人控制系统的特点23-71

4.2工业机器人先进控制技术和方法23-71

4.2.1自适应控制23-72

4.2.2滑模变结构控制23-72

4.2.3鲁棒控制23-72

4.2.4智能控制23-72

4.3机器人控制系统分类23-73

4.3.1集中式控制系统CCS23-73

4.3.2分布式控制系统DCS23-73

4.4机器人控制系统设计23-74

4.4.1控制系统结构23-74

4.4.2下位机控制系统的设计23-75

4.4.3示教盒从机的设计23-76

4.5机器人典型控制方法23-76

4.5.1机器人PID控制23-76

4.5.1.1机器人独立PD控制23-76

4.5.1.2基于重力补偿的机器人PD控制23-77

4.5.1.3机器人鲁棒自适应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滑模控制设计流程23-79

4.5.2.3机械手滑模鲁棒控制23-80

4.5.2.4基于计算力矩法的滑模控制23-81

4.5.2.5基于输入输出稳定性理论的滑模控制23-82

4.5.3自适应控制23-83

4.5.3.1自适应控制系统23-83

4.5.3.2自适应控制系统类型23-83

4.5.3.3自适应机器人23-84

4.5.3.4自适应控制常用的控制器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模糊控制规则生成23-87

4.5.4.3规则形式23-87

4.5.4.4Fuzzy-PID复合控制23-87

4.5.5机器人顺应控制23-88

4.5.5.1概述23-88

4.5.5.2被动式顺应控制23-88

4.5.5.3主动式顺应控制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改进的R-C力和位置混合控制23-93

4.6控制系统硬件构成23-94

4.6.1机器人控制系统硬件组成23-94

4.6.2机器人控制系统结构23-94

4.6.3机器人控制器23-96

4.7控制系统软件构成23-97

4.7.1程序数据建立23-97

4.7.1.1初识程序数据23-97

4.7.1.2程序数据的类型与分类23-97

4.7.1.3关键的程序数据23-98

4.7.2RAPID程序创建23-98

4.7.2.1程序模块与例行程序23-98

4.7.2.2RAPID 控制指令23-98

4.8机器人常用编程语言23-99

第5章工业机器人驱动系统

5.1概述23-100

5.2机器人驱动系统特点23-100

5.2.1基本驱动系统的特点23-100

5.2.2电液伺服驱动系统的特点23-100

5.3电动驱动系统23-100

5.3.1同步式交流伺服电动机及驱动器23-101

5.3.1.1交流伺服电动机分类和特点23-102

5.3.1.2交流同步伺服电动机23-104

5.3.1.3应用举例：工业机器人伺服电动机行业测试解决方案——MPT100023-104

5.3.2步进电动机及驱动器23-105

5.3.2.1概述23-105

5.3.2.2驱动方式23-107

5.3.2.3步进电动机驱动板说明23-108

5.3.2.4步进电动机及步进驱动器配套选型23-109

5.3.3直流伺服电动机及驱动器23-109

5.3.3.1直流伺服电动机的特点23-110

5.3.3.2直流伺服电动机的工作原理23-110

5.3.3.3工作特性23-111

5.3.3.4直流伺服电动机调速原理23-112

5.3.3.5直流伺服电动机特点及应用范围23-115

5.3.4直接驱动电动机23-115

5.3.4.1直线电动机工作原理23-116

5.3.4.2直线电动机的特点23-117

5.3.4.3直线电动机的分类23-118

5.3.4.4力矩电动机工作原理、特点及分类23-118

5.3.4.5直流驱动电动机应用实例23-119

5.4电液伺服驱动系统23-120

5.4.1系统组成23-121

5.4.2特点23-121

5.4.3工作原理23-121

5.4.4要求23-121

5.4.5设计步骤23-121

5.4.6液压系统及其在机器人驱动与控制中的应用23-122

5.5气动驱动系统23-122

5.5.1气动驱动系统构件23-122

5.5.2气动比例控制系统23-123

5.5.2.1气动比例控制系统组成23-123

5.5.2.2MPYE型伺服阀23-123

5.5.3控制原理23-124

5.5.4控制应用23-124

5.5.4.1张力控制23-124

5.5.4.2加压控制23-124

5.5.4.3位置和力控制23-124

5.5.5气动系统在机器人驱动与控制中的应用23-125

5.5.5.1气动系统在机器人中应用的优势23-125

5.5.5.2气动机器人的适合场合23-125

5.5.5.3气动机器人技术应用进展23-125

5.5.5.4气动机器人应用23-126

第6章工业机器人常用传感器

6.1概述23-128

6.1.1传感器定义及指标23-128

6.1.2机器人的感觉策略23-128

6.1.3机器人传感器的分类23-129

6.1.4传感器选用原则23-130

6.2内传感器23-131

6.2.1规定位置/角度的检测23-131

6.2.2位置和角度的检测23-132

6.2.3速度和角速度的检测23-135

6.2.4加速度和角加速度的测量23-136

6.2.5姿态角的检测23-138

6.3外传感器23-140

6.3.1视觉传感器23-140

6.3.2触觉传感器23-144

6.3.3力觉传感器23-147

6.3.4接近觉传感器23-150

6.3.5长距离传感器23-152

6.3.6听觉传感器23-154

6.3.7其他相关传感器23-155

第7章机器人视觉技术

7.1概述23-157

7.1.1应用背景23-157

7.1.2发展现状23-157

7.1.3视觉伺服关键技术问题23-158

7.2机器人视觉系统组成23-160

7.2.1机器人视觉系统的分类23-160

7.2.1.1视觉伺服系统的分类23-160

7.2.1.2全向视觉系统分类23-161

7.2.2机器人视觉伺服控制系统的组成23-162

7.2.3镜头和视觉传感器23-163

7.2.3.1针孔摄像机23-163

7.2.3.2高斯光学23-163

7.2.3.3远心镜头23-165

7.2.3.4视觉传感器23-166

7.3单目视觉23-168

7.3.1单目摄像机标定23-168

7.3.2单目视觉的位置测量23-169

7.3.3单目视觉定位方法23-170

7.3.3.1基于单帧图像的定位方法23-170

7.3.3.2基于双帧或多帧图像的定位23-171

7.4双目视觉23-171

7.4.1双目立体视觉原理23-171

7.4.2双目立体视觉的精度分析23-173

7.4.3双目立体视觉的系统结构23-174

7.4.3.1基于两个摄像机的双目系统结构23-175

7.4.3.2基于单个摄像机的双目系统结构23-175

7.4.4双目立体视觉中的极线几何23-176

7.4.5双目立体视觉中的对应点匹配23-177

7.4.5.1图像匹配的常用方法23-177

7.4.5.2已知极线几何的对应点匹配方法23-178

7.4.5.3未知极线几何的对应点匹配方法23-179

7.4.6双目视觉系统标定23-181

7.4.6.1双目立体视觉常规标定方法23-181

7.4.6.2基于标准长度的标定方法23-181

7.5机器人二维视觉信息处理23-182

7.5.1数字化处理23-182

7.5.1.1采样23-182

7.5.1.2量化23-182

7.5.2编码压缩23-183

7.5.2.1压缩的原理23-183

7.5.2.2编码分类23-183

7.5.3图像增强和复原23-183

7.5.3.1图像增强23-183

7.5.3.2图像复原23-187

7.5.4图像分割23-187

7.5.4.1阈值化23-187

7.5.4.2基于边缘的分割23-187

7.5.4.3基于区域的分割23-188

7.5.5形态学处理23-188

7.5.5.1二值形态学23-188

7.5.5.2灰度形态学23-189

7.5.6特征提取23-190

7.5.6.1特征的定义与分类23-190

7.5.6.2特征选取的准则23-191

7.5.6.3基本纹理特征23-191

7.5.7模式识别23-192

7.5.7.1模式与模式识别23-192

7.5.7.2统计模式识别23-193

7.5.7.3句法模式识别23-193

7.6机器人三维视觉信息处理23-195

7.6.1三维重建23-195

7.6.1.1被动式三维重建技术23-195

7.6.1.2主动式三维重建技术23-196

7.6.2基于深度传感器的三维重建流程23-198

7.6.2.1相关概念23-198

7.6.2.2具体流程23-200

7.7机器人视觉技术应用23-203

7.7.1消防机器人视觉感知技术23-203

7.7.2基于机器视觉的工业机器人分拣技术23-203

7.7.3苹果采摘机器人视觉感知技术23-205

第8章工业机器人典型应用

8.1焊接机器人23-207

8.1.1焊接机器人的分类及特点23-207

8.1.2焊接机器人的系统组成23-208

8.1.2.1点焊机器人23-208

8.1.2.2弧焊机器人23-209

8.1.2.3激光焊接机器人23-210

8.1.3焊接机器人的周边设备与布局23-210

8.1.3.1周边设备23-210

8.1.3.2工位布局23-212

8.1.4焊接机器人应用案例23-213

8.1.4.1点焊机器人应用案例23-213

8.1.4.2弧焊机器人应用案例23-213

8.1.4.3激光焊接机器人应用案例23-213

8.2搬运机器人23-213

8.2.1搬运机器人的分类及特点23-213

8.2.2搬运机器人的系统组成23-214

8.2.3搬运机器人的周边设备与工位布局23-214

8.2.3.1周边设备23-214

8.2.3.2工位布局23-215

8.2.4搬运机器人应用实例23-215

8.3码垛机器人23-215

8.3.1码垛机器人分类及特点23-215

8.3.2码垛机器人的系统组成23-215

8.3.3码垛机器人的周边设备和工位布局23-216

8.3.3.1周边设备23-216

8.3.3.2工位布局23-217

8.3.4码垛机器人应用实例23-218

8.4装配机器人23-218

8.4.1装配机器人分类及特点23-218

8.4.2装配机器人的系统组成23-219

8.4.3装配机器人的周边设备和工位布局23-220

8.4.3.1周边设备23-220

8.4.3.2工位布局23-220

8.4.4装配机器人应用实例23-220

8.5涂装机器人23-220

8.5.1涂装机器人分类及特点23-220

8.5.2涂装机器人的系统组成23-221

8.5.3涂装机器人的周边设备和工位布局23-221

8.5.3.1周边设备23-222

8.5.3.2工位布局23-222

8.5.4涂装机器人应用实例23-222

8.6打磨抛光机器人23-222

8.6.1打磨抛光机器人分类及特点23-222

8.6.2打磨抛光机器人的系统组成23-223

8.6.3打磨抛光机器人的周边设备和工位布局23-224

8.6.3.1周边设备23-224

8.6.3.2工位布局23-225

8.6.4打磨抛光机器人应用实例23-225

8.7协作机器人23-225

8.7.1协作机器人定义和特点23-226

8.7.2协作机器人的典型产品23-226

参考文献23-228