工業機器人

本書介紹工業機器人的基礎理論、關鍵技術及工程應用, 主要包括工業機器人的數學建模、機械結構、驅動裝置、控制方法、運動規劃、示教學習、網絡控制、作業調度等。讀者通過學習本書可以開闊視野, 全面、深入地瞭解和掌握工業機器人的基礎知識和相關技術, 為今後研究、開發及應用各類工業機器人打下堅實的基礎。 ^[1] 

前言

作者簡介

第1章 概論

1.1 工業機器人的歷史

1.2 工業機器人的定義

1.3 工業機器人的種類

1.4 工業機器人的構成

1.5 工業機器人的應用

1.5.1 製造業機器人

1.5.2 採礦業機器人

1.5.3 建築業機器人

1.5.4 食品業機器人

1.5.5 農林業機器人

1.6 工業機器人的發展

習題

第2章 工業機器人數學基礎

2.1 點、直線、平面的齊次座標

2.1.1 點座標

2.1.2 平面座標

2.1.3 直線座標（Plücker座標）

2.1.4 螺旋座標

2.1.5 點、直線、平面的關係

2.1.6 齊次座標的座標變換

2.2 剛體的旋轉運動

2.2.1 旋轉運動的矩陣表現

2.2.2 旋轉速度與旋轉加速度

2.3 剛體的空間運動

2.3.1 空間運動的矩陣表現

2.3.2 相對速度與相對加速度

2.3.3 速度、加速度矩陣的座標變換

2.4 速度和加速度矢量

2.4.1 速度和加速度矩陣的矢量表示

2.4.2 6維矢量的外積

2.4.3 動座標系上6維矢量的微分

2.4.4 速度、加速度矢量的座標變換

2.4.5 表示空間運動的矢量

2.5 與剛體運動相關的6維矢量

2.5.1 剛體的運動量

2.5.2 對剛體的作用力與力的

慣量

習題

第3章 工業機器人體系結構

3.1 工業機器人的機械結構

3.2 工業機器人機構學

3.2.1 空間內剛體的自由度

3.2.2 空間內剛體的約束

3.2.3 機構

3.2.4 過約束機構

3.2.5 多自由度機構

3.2.6 多自由度機構的分類

3.3 工業機器人設計

3.4 開環機構的運動解析

3.4.1 位移解析

3.4.2 速度、加速度解析

3.5 工業機器人控制系統

3.5.1 工業機器人的系統構成

3.5.2 工業機器人的信號構成

3.5.3 機械臂控制部分的構成與規格

3.5.4 圖像處理部分的構成與參數

3.5.5 工業機器人運動學

習題

第4章 工業機器人操作控制

4.1 控制系統的總體設計

4.1.1 控制系統的硬件構成

4.1.2 瀏覽器/服務器架構和客户機/服務器架構

4.1.3 遠程控制系統的總體設計

4.2 工業機器人的操作端輸入處理

4.2.1 DirectInput技術

4.2.2 手柄輸入封裝模塊

4.2.3 手柄輸入驗證程序

4.3 工業機器人的三維仿真

4.3.1 三維仿真技術

4.3.2 物體三維模型的建立

4.3.3 物體的三維顯示技術

4.4 工業機器人碰撞檢測技術

4.4.1 三維碰撞檢測技術

4.4.2 基於球體包裝的碰撞檢測

4.4.3 基於AABB和OBB包裝盒的碰撞檢測

4.4.4 碰撞檢測實現

4.4.5 實時碰撞檢測系統的性能和精確性

4.4.6 碰撞檢測驗證程序

4.5 視頻數據的傳輸

4.5.1 視頻的網絡傳輸方案

4.5.2 系統中視頻通信實現

4.5.3 視頻傳輸過程的優化

4.5.4 控制命令網絡傳輸協議

習題

第5章 工業機器人視覺控制

5.1 裝配機器人

5.2 圖像處理算法

5.2.1 圖像的表現

5.2.2 通過特徵抽出法處理圖像

5.2.3 模式匹配法

5.2.4 灰度圖像處理

5.3 工業機器視覺控制系統

5.3.1 密封定位控制系統

5.3.2 視覺傳感器的構成

5.3.3 二值化

5.3.4 搜索窗

5.3.5 密封對象的位置和姿勢檢測

5.3.6 視覺反饋控制系統設計

5.3.7 採用模糊規則生成位置目標值

5.3.8 工業機器人控制系統

5.3.9 密封作業實驗

習題

第6章 工業機器人混合控制

6.1 概述

6.1.1 工業機器人控制特徵

6.1.2 工業機器人控制方法

6.1.3 工業機器人路徑控制的一般方法

6.2 工業機器人機構的解析

6.2.1 位移解析

6.2.2 速度解析

6.2.3 力矩解析

6.3 基於模型的控制

6.3.1 模型最優控制方法

6.3.2 運動控制

6.3.3 上位控制系統

6.4 工業機器人的力控制

6.4.1 基於視覺的位置和力控制

6.4.2 視覺與力覺的傳感器融合

6.4.3 使用視覺信息推導約束座標系

6.4.4 用可變約束座標矩陣進行混合控制

6.4.5 獲取人的技能進行目標路徑追蹤

6.4.6 具有力覺的6自由度操作端

習題

第7章 工業機器人網絡控制

7.1 概述

7.1.1 工業機器人遠程控制的意義

7.1.2 遠程控制機器人的現狀

7.2 遠程控制機器人存在的主要問題

7.2.1 網絡時延問題

7.2.2 網絡時延對遠程控制的影響

7.2.3 網絡時延構成

7.2.4 解決網絡時延的方法

7.3 遠程控制機器人系統的控制模式

7.3.1 網絡控制的驅動方式

7.3.2 網絡機器人的控制方式

7.4 遠程控制機器人系統通信協議

7.4.1 TCP/IP協議模型

7.4.2 通信協議的選擇

7.4.3 Socket通信原理

7.5 虛擬現實與遙操作機器人

7.5.1 虛擬現實與遙操作機器人概述

7.5.2 虛擬現實技術

7.5.3 虛擬現實技術與遙操作機器人

7.5.4 三維仿真技術

7.6 仿真系統的設計與實現

7.6.1 仿真系統主要功能結構圖

7.6.2 客户端主要功能

7.6.3 服務器端主要功能

7.6.4 系統的邏輯結構設計

7.6.5 系統功能設計

7.6.6 客户端軟件的設計與實現

7.6.7 服務器端軟件的設計與實現

7.6.8 客户端和服務器端通信

7.7 實驗與結果分析

7.7.1 實驗裝置介紹

7.7.2 網絡時延測試

7.7.3 Peg-in-Hole實驗

7.7.4 機器人仿真控制實驗

7.7.5 機器人在線控制實驗

7.7.6 實驗結果分析

習題

第8章 工業機器人調度方法

8.1 車間調度概述

8.1.1 車間調度的分類

8.1.2 車間調度規則和性能指標

8.1.3 車間調度的發展歷程

8.2 車間作業（JobShop）調度問題

8.2.1 JobShop調度問題描述

8.2.2 JSSP性能指標

8.3 基於粒子羣優化的問題求解

8.3.1 粒子羣系統中JSSP問題的表述

8.3.2 初始粒子羣生成

8.3.3 目標函數和適應度函數

8.3.4 冗餘性與二級編碼

8.3.5 粒子羣系統的更新方式

8.3.6 基於粒子羣優化求解JSSP問題的流程

8.4 基於人工免疫系統的問題求解

8.4.1 抗體羣初始化算法

8.4.2 親和力的計算和調整

8.4.3 克隆選擇

8.4.4 疫苗接種和變異

8.4.5 受體編輯

8.4.6 基於免疫系統求解JSSP的流程

8.5 粒子羣優化與人工免疫系統求解算法

8.6 相遇算法和模擬退火求解算法

8.6.1 基本蟻羣算法的過程

8.6.2 相遇算法

8.6.3 JobShop問題的圖形化定義

8.6.4 求解JobShop問題的相遇算法

8.6.5 相遇算法與模擬退火求解算法

習題

參考文獻 ^[2]