本書(shū)在充分吸收國(guó)內(nèi)外智能機(jī)器人新的優(yōu)秀研究成果的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了智能機(jī)器人的基礎(chǔ)技術(shù)及工程應(yīng)用，包括機(jī)器人概述、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)、本體結(jié)構(gòu)、控制和通信技術(shù)及具體應(yīng)用五方面內(nèi)容。本書(shū)注重機(jī)器人技術(shù)知識(shí)體系的基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性、實(shí)用性和前沿性，力求語(yǔ)言通俗易懂、簡(jiǎn)明扼要、內(nèi)容豐富、層次分明、圖文并茂，可讀性強(qiáng)。每章都提供了思維導(dǎo)圖，便于讀者學(xué)習(xí)和理解本章內(nèi)容。本書(shū)可作為高等學(xué)校機(jī)械類(lèi)、自動(dòng)化類(lèi)本科學(xué)生的基礎(chǔ)課程教材，也可供從事機(jī)器人研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的科技人員參考。
機(jī)器人被稱(chēng)為 制造業(yè)皇冠頂端的明珠 ,其研發(fā)、制造及應(yīng)用是衡量一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要指標(biāo)。同時(shí) ,機(jī)器人作為 中國(guó)制造 2025十大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一以及核心的智能裝備 ,對(duì)于改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)生活方式 ,提升我國(guó)制造業(yè)創(chuàng)新能力 ,實(shí)現(xiàn)我國(guó)由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變等具有十分重要的推進(jìn)作用。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展 ,很多基于新原理、新技術(shù)和新理論的新型機(jī)器人不斷涌現(xiàn)出來(lái) ,使得機(jī)器人的概念不斷豐富和發(fā)展 ,從航空航天到深海深地 ,其成員數(shù)量越來(lái)越多 ,它們形態(tài)各異、種類(lèi)繁多、或大或小,有的機(jī)器人重則幾噸 ,有些則只有幾克 ,有些機(jī)器人有幾米高 ,而有些機(jī)器人則是微納米量級(jí)。
目前 ,機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成一門(mén)多學(xué)科交叉融合的新興學(xué)科 ,與機(jī)械、力學(xué)、電氣、控制、計(jì)算機(jī)、生物學(xué)、人工智能等學(xué)科密切相關(guān) ,多學(xué)科知識(shí)的交叉融合是機(jī)器人技術(shù)得以發(fā)展、拓寬和延伸的基礎(chǔ)。本書(shū)即為國(guó)家級(jí)一流本科專(zhuān)業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化的專(zhuān)業(yè)建設(shè)成果。
本書(shū)從機(jī)器人概述、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)、本體結(jié)構(gòu)、控制和通信技術(shù)及具體應(yīng)用五個(gè)方面展開(kāi)論述 ,注重機(jī)器人技術(shù)的基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性和前沿性 ,既力求用通俗易懂、簡(jiǎn)明扼要的語(yǔ)言介紹機(jī)器人的基礎(chǔ)理論知識(shí) ,又著力突出知識(shí)體系的完整、內(nèi)容的豐富和層次的分明。首先,在介紹智能機(jī)器人概念及發(fā)展的基礎(chǔ)上 ,詳細(xì)闡述了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)理論;然后 ,按照組成機(jī)器人的機(jī)械、控制、傳感三大部分 ,分別從本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制技術(shù)及通信技術(shù)介紹機(jī)器人的基本技術(shù) ;最后 ,按照機(jī)器人的應(yīng)用分類(lèi) ,通過(guò)大量的案例介紹機(jī)器人在具體工程實(shí)際中的應(yīng)用。同時(shí) ,通過(guò)融入國(guó)內(nèi)外機(jī)器人技術(shù)新的研究成果和產(chǎn)品具體應(yīng)用案例 ,提升本書(shū)內(nèi)容的前沿性和實(shí)用性。本書(shū)可作為高等學(xué)校本科學(xué)生和研究生的基礎(chǔ)課程教材 ,也可供從事機(jī)器人研究和開(kāi)發(fā)的有關(guān)技術(shù)人員參考。
本書(shū)的部分研究成果獲得國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (51809127)資助 ,具體編寫(xiě)分工如下:華北水利水電大學(xué)田寶強(qiáng)負(fù)責(zé)第 1章和第 5章,譚兆鈞負(fù)責(zé)第 2章和第 3章,鄭州大學(xué)胡亞洲負(fù)責(zé)第 4章。此外 ,陳志遠(yuǎn)、陳際波、劉川、袁世峰等研究生參與了部分內(nèi)容的錄入工作 ,在此表示感謝。
限于編著者水平 ,且機(jī)器人技術(shù)及相關(guān)學(xué)科發(fā)展迅速 ,書(shū)中難免存在不足之處 ,懇請(qǐng)讀者予以批評(píng)指正。
編著者
2024年9月
第1章 緒論 001
1.1 機(jī)器人概述 001
1.1.1 機(jī)器人發(fā)展簡(jiǎn)史 002
1.1.2 機(jī)器人的概念 004
1.1.3 機(jī)器人的優(yōu)勢(shì) 005
1.1.4 機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì) 007
1.2 機(jī)器人的分類(lèi) 008
1.2.1 按機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域分類(lèi) 008
1.2.2 按機(jī)器人控制方式分類(lèi) 009
1.2.3 其他分類(lèi)方式 011
1.3 機(jī)器人基本組成和技術(shù)參數(shù) 011
1.3.1 機(jī)器人基本組成 011
1.3.2 機(jī)器人技術(shù)參數(shù) 013
1.4 本章習(xí)題 015
第2章 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué) 016
2.1 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué) 016
2.1.1 機(jī)器人的位姿描述 016
2.1.2 齊次變換 019
2.1.3 機(jī)器人正、逆向運(yùn)動(dòng)學(xué) 022
2.1.4 KUKAKR機(jī)械人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析實(shí)例 023
2.2 機(jī)器人動(dòng)力學(xué) 026
2.2.1 機(jī)器人雅可比 026
2.2.2 機(jī)器人靜力分析 029
2.2.3 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程 031
2.2.4 波浪滑翔機(jī)動(dòng)力學(xué)建模分析實(shí)例 037
2.3 本章習(xí)題 041
第3章 機(jī)器人本體結(jié)構(gòu) 043
3.1 機(jī)器人總體技術(shù) 043
3.1.1 機(jī)器人總體設(shè)計(jì) 044
3.1.2 機(jī)器人材料選擇 045
3.2 機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng) 047
3.2.1 機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 047
3.2.2 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 047
3.2.3 機(jī)器人傳動(dòng)系統(tǒng) 048
3.2.4 機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng) 052
3.3 機(jī)器人感知系統(tǒng) 054
3.3.1 機(jī)器人傳感器特點(diǎn)及分類(lèi) 054
3.3.2 多傳感器信息融合 058
3.3.3 智能傳感測(cè)量系統(tǒng) 062
3.4 機(jī)器人能源系統(tǒng) 066
3.4.1 機(jī)器人能源系統(tǒng)特點(diǎn) 066
3.4.2 機(jī)器人常用電源 067
3.4.3 機(jī)器人的新能源技術(shù) 069
3.5 本章習(xí)題 072
第4章 機(jī)器人控制及通信技術(shù) 073
4.1 機(jī)器人控制技術(shù) 073
4.1.1 機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本組成 074
4.1.2 機(jī)器人控制器與外設(shè)及接口 075
4.1.3 常用的機(jī)器人控制算法 079
4.1.4 機(jī)器人路徑規(guī)劃 084
4.2 機(jī)器人程序設(shè)計(jì) 089
4.2.1 機(jī)器人嵌入式操作系統(tǒng) 089
4.2.2 編程語(yǔ)言類(lèi)型與系統(tǒng)組成 091
4.2.3 常用機(jī)器人編程語(yǔ)言 093
4.3 機(jī)器人通信技術(shù) 096
4.3.1 無(wú)線(xiàn)通信方式 096
4.3.2 WiFi通信技術(shù) 099
4.3.3 衛(wèi)星通信技術(shù) 100
4.3.4 5G通信技術(shù) 102
4.4 本章習(xí)題 103
第5章 各類(lèi)機(jī)器人及其應(yīng)用 105
5.1 工業(yè)機(jī)器人 105
5.1.1 工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi) 106
5.1.2 工業(yè)機(jī)器人具體應(yīng)用 108
5.1.3 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用特點(diǎn)分析 112
5.2 服務(wù)機(jī)器人 112
5.2.1 手術(shù)機(jī)器人 112
5.2.2 護(hù)理機(jī)器人 115
5.2.3 導(dǎo)覽機(jī)器人 117
5.2.4 農(nóng)業(yè)機(jī)器人 118
5.2.5 兒童陪伴機(jī)器人 119
5.2.6 掃地機(jī)器人 120
5.2.7 服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用特點(diǎn)分析 122
5.3 特種機(jī)器人 123
5.3.1 巡檢機(jī)器人 123
5.3.2 消防機(jī)器人 126
5.3.3 救援機(jī)器人 128
5.3.4 排爆機(jī)器人 130
5.3.5 安防機(jī)器人 131
5.3.6 水下機(jī)器人 131
5.3.7 仿生機(jī)器人 132
5.3.8 特種機(jī)器人應(yīng)用特點(diǎn)分析 133
5.4 本章習(xí)題 134
參考文獻(xiàn) 135
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