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第1章 工业机器人概述1

1.1 工业机器人定义2

1.2 工业机器人发展历程2

1.3 国内外工业机器人发展现状与趋势3

1.3.1 国内外发展现状3

1.3.2 工业机器人的应用现状6

1.3.3 工业机器人技术发展趋势7

1.4 工业机器人基本类型及关键技术8

1.4.1 工业机器人基本类型8

1.4.2 工业机器人关键技术9

1.5 典型的工业机器人10

1.5.1 移动机器人10

1.5.2 点焊机器人11

1.5.3 弧焊机器人12

1.5.4 激光加工机器人12

1.5.5 真空机器人13

1.5.6 洁净工业机器人14

思考题与练习题15

参考文献15

第2章 工业机器人驱动技术16

2.1 步进电动机驱动16

2.1.1 步进电动机驱动控制16

2.1.2 步进电动机驱动应用18

2.2 直流伺服电动机驱动19

2.2.1 直流伺服电动机驱动技术19

2.2.2 直流伺服电动机驱动应用19

2.3 交流伺服电动机驱动20

2.3.1 交流伺服电动机20

2.3.2 交流伺服驱动系统21

2.3.3 交流伺服电动机应用22

2.4 气动驱动23

2.4.1 气动驱动系统23

2.4.2 比例/伺服控制阀选择24

2.4.3 气动驱动应用25

2.5 液压驱动26

2.5.1 液压驱动系统26

2.5.2 液压驱动系统分类以及应用27

思考题与练习题28

参考文献29

第3章 工业机器人中的传感器30

3.1 传感器技术基础知识30

3.1.1 传感器的基本概念30

3.1.2 传感器的性能指标、命名和代号30

3.1.3 传感器的基本特性31

3.1.4 传感器基本测量电路32

3.2 典型传感器34

3.2.1 电阻应变式传感器34

3.2.2 电感式传感器34

3.2.3 电容式传感器35

3.2.4 压电式传感器36

3.2.5 磁电式传感器37

3.2.6 热电式传感器38

3.2.7 光电式传感器39

3.2.8 磁敏传感器40

3.2.9 射线及微波检测传感器41

3.2.10 光导纤维传感器42

3.2.11 MEMS传感器44

3.2.12 陀螺传感器44

3.2.13 超声波传感器45

3.2.14 码盘式传感器46

3.3 图像传感器原理与应用46

3.3.1 图像传感器46

3.3.2 CCD成像47

3.3.3 成像原理50

3.3.4 成像亮度51

3.3.5 相机标定52

3.4 激光测距仪传感器59

思考题与练习题61

参考文献62

第4章 工业机器人运动控制63

4.1 机器人结构63

4.1.1 工业机器人基本形式63

4.1.2 工业机器人主要技术参数66

4.2 机器人动力学特性68

4.2.1 牛顿－欧拉方程68

4.2.2 拉格朗日方程71

4.2.3 空间动力学方程74

4.3 机器人运动控制75

4.3.1 PI/PID控制75

4.3.2 鲁棒自适应容错控制80

4.3.3 具有输入非线性的神经网络控制86

思考题与练习题89

参考文献90

第5章 工业机器人协同控制92

5.1 多机器人协同基本概念92

5.1.1 多机器人协同的应用92

5.1.2 多机器人协同控制结构93

5.1.3 多机器人协同的问题描述95

5.2 预备知识95

5.2.1 图论基本概念96

5.2.2 图论矩阵分析97

5.2.3 矩阵理论98

5.2.4 有限时间稳定性理论98

5.3 多机器人系统基本协同控制问题99

5.3.1 多机器人系统协同一致性控制100

5.3.2 多机器人系统协同编队控制101

5.4 多机器人系统有限时间一致性控制102

5.4.1 问题描述102

5.4.2 相关定义和引理103

5.4.3 主要结果106

5.4.4 仿真实验与结果分析112

5.5 多机器人系统有限时间编队－合围控制115

5.5.1 问题描述115

5.5.2 主要结果116

5.5.3 仿真实验与结果分析123

思考题与练习题126

参考文献126

第6章 柔性关节工业机器人及控制128

6.1 柔性驱动关节的类型128

6.1.1 谐波齿轮传动128

6.1.2 摆线针轮行星传动机构130

6.1.3 少齿差行星齿轮传动机构132

6.2 柔性关节建模132

6.2.1 非线性数学模型134

6.2.2 LuGre摩擦模型134

6.2.3 迟滞间隙135

6.3 柔性关节机器人控制技术136

6.3.1 基于自适应RBF神经网络的多级滑模控制136

6.3.2 基于RBF网络的动态面控制141

6.3.3 基于柔性滤波的自适应单参数权值RBF网络反演法控制147

6.3.4 基于柔性滤波的干扰观测器RBF网络动态面控制154

思考题与练习题163

参考文献163

第7章 工业机器人现场通信设计165

7.1 工业机器人通信需求与现场总线165

7.1.1 集散式控制系统165

7.1.2 现场总线控制系统166

7.1.3 现场总线含义和标准166

7.1.4 典型的现场总线168

7.1.5 基于Ethernet和TCP/IP的工业以太网协议172

7.1.6 基于工业以太网的通信设计176

7.2 工业机器人现场通信系统180

7.2.1 组件对象模型技术180

7.2.2 从COM技术到OPC181

7.2.3 基于OPC的异构现场通信实现182

7.3 工业机器人现场通信系统设计185

7.3.1 某工业机器人通信系统结构185

7.3.2 某工业机器人通信网络组成186

7.3.3 工业机器人通信系统配置190

7.3.4 工业机器人通信客户端开发196

思考题与练习题199

参考文献199

第8章 工业机器人设计与运用案例201

8.1 项目介绍201

8.1.1 项目目的201

8.1.2 关键技术和创新201

8.2 项目总体设计202

8.2.1 总体布局202

8.2.2 工艺环节204

8.2.3 节拍设计205

8.2.4 总体方案设计208

8.3 项目工业机器人本体设计208

8.3.1 机械本体结构设计208

8.3.2 关键部件设计213

8.3.3 本体安装调试216

8.4 项目工业机器人电气设计216

8.4.1 驱动方式及减速器的选择217

8.4.2 电气设计与实现222

8.4.3 电气参数优化224

8.5 项目工业机器人控制设计226

8.5.1 总体控制架构226

8.5.2 工作流程设计226

8.5.3 工业现场通信设计229

8.5.4 现场调试232

参考文献233