内容介绍
《现代机械设计手册》D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》《工业机器人系统设计》《疲劳强度可靠性设计》《逆向设计与数字化设计》《创新设计与绿色设计》。 本书为《工业机器人系统设计》，主要介绍了工业机器人技术基础、机器人运动学与动力学、工业机器人本体、工业机器人控制系统、工业机器人驱动系统、工业机器人常用传感器、机器人视觉技术、工业机器人典型应用等。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考。
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目录
D23篇 工业机器人系统设计 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23-14D23篇 工业机器人系统设计
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
D2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
D3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Z小的优化设计23-52
3.4.4要求使工作空间优选的优化设计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
D4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XJ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D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
D5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
D6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
D7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J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J线几何的对应点匹配方法23-178
7.4.5.3未知J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
D8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
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