第1章 机器人概述......................................... 1
1.1 机器人的起源与发展................................. 2
1.1.1 机器人的发展历史.............................. 2
1.1.2 机器人的定义和特点.......................... 5
1.1.3 机器人的分类...................................... 6
1.1.4 机器人的发展现状............................ 11
1.1.5 机器人的发展趋势............................ 14
1.2 机器人的结构........................................... 16
1.2.1 机械系统............................................ 16
1.2.2 控制系统............................................ 17
1.2.3 驱动系统............................................ 19
1.2.4 感知系统............................................ 19
1.2.5 机器人与人工智能............................ 21
1.3 工业机器人............................................... 22
1.3.1 工业机器人的结构............................ 23
1.3.2 工业机器人主要技术参数................ 25
1.3.3 常见工业机器人及其应用................ 27
1.3.4 工业机器人的发展前景.................... 29
1.3.5 工业机器人的知识体系.................... 31
本章小结............................................................ 32
本章练习............................................................ 32
第2章 教学机器人基础............................. 33
2.1 教学机器人实验平台............................... 35
2.1.1 机械臂................................................ 35
2.1.2 运动元件............................................ 36
2.1.3 执行单元............................................ 40
2.1.4 控制方式............................................ 41
2.1.5 控制单元............................................ 42
2.2 教学机器人操作....................................... 43
2.3 上位机控制程序....................................... 43
2.3.1 上位机程序安装................................ 45
2.3.2 上位机控制软件界面........................ 46
2.3.3 上位机控制功能................................ 46
2.3.4 上位机通信演示................................ 48
2.4 开发环境搭建........................................... 49
2.4.1 MDK安装步骤.................................. 50
2.4.2 安装芯片支持包................................ 54
2.4.3 创建程序模板.................................... 55
2.4.4 使用固件库........................................ 58
2.4.5 MDK选项设置页.............................. 60
2.4.6 仿真器ST-LINK的连接和驱动....... 63
本章小结............................................................ 64
本章练习............................................................ 64
第3章 教学机器人编程............................. 65
3.1PWM控制信号........................................ 66
3.2 控制系统编程........................................... 67
3.2.1 单片机基础........................................ 67
3.2.2 定时器的PWM输出模式................ 69
3.2.3 舵机控制编程.................................... 72
3.2.4 代码优化............................................ 85
3.2.5 舵机转动演示.................................... 92
3.2.6 多舵机并行........................................ 93
3.2.7 舵机并行演示.................................... 97
3.3 外设与接口............................................... 98
3.3.1 指示灯................................................ 98
3.3.2 按键.................................................. 101
3.3.3 USART串行接口............................ 104
3.3.4 存储芯片.......................................... 115
3.3.5 I2C接口............................................ 117
3.4 与上位机通信......................................... 130
3.4.1 通信协议.......................................... 130
3.4.2 通信协议处理流程.......................... 132
3.5 函数列表................................................. 133
本章小结.......................................................... 135
本章练习.......................................................... 136
第4章 机器人运动基础........................... 137
4.1 机器人坐标系......................................... 138
4.2 机器人坐标变换..................................... 139
4.2.1 齐次坐标.......................................... 139
4.2.2 平移变换.......................................... 140
4.2.3 旋转变换.......................................... 142
4.2.4 坐标系变换的一般情况.................. 145
4.3 机器人连杆坐标系................................. 149
4.3.1 机器人连杆...................................... 149
4.3.2 机器人连杆参数.............................. 149
4.3.3 机器人连杆坐标系.......................... 150
4.3.4 连杆坐标系的建立步骤.................. 152
4.3.5 教学机器人连杆坐标系的确定...... 153
本章小结.......................................................... 156
本章练习.......................................................... 156
第5章 机器人轨迹与仿真....................... 157
5.1 机器人轨迹分析..................................... 158
5.1.1 运动学正问题.................................. 158
5.1.2 教学机器人运动学正问题分析...... 161
5.1.3 运动学正问题的Matlab分析......... 163
5.1.4 教学机器人运动学正问题编程...... 167
5.1.5 运动学逆问题.................................. 171
5.1.6 教学机器人运动学逆问题分析...... 176
5.1.7 运动学逆问题的Matlab分析......... 180
5.1.8 教学机器人运动学逆问题编程...... 181
5.1.9ABB IRB1200机器人
运动学分析...................................... 187
5.2 机器人运动分析..................................... 192
5.2.1 矢量的速度和角速度表示方法...... 192
5.2.2 刚体的运动描述.............................. 193
5.2.3 连杆的运动描述.............................. 196
5.2.4 雅可比矩阵...................................... 200
5.2.5 教学机器人的雅可比矩阵.............. 203
5.2.6 机械臂静力分析.............................. 204
5.2.7 速度和静力的笛卡尔变换.............. 207
5.3 机器人仿真与实时控制......................... 208
5.3.1 刚体加速度...................................... 208
5.3.2 牛顿方程和欧拉方程...................... 209
5.3.3 牛顿-欧拉动力学方程.................... 211
5.3.4 拉格朗日方程.................................. 217
5.3.5 动力学的Matlab分析..................... 219
本章小结.......................................................... 223
本章练习.......................................................... 224
第6章 工业机器人编程基础.................. 225
6.1 工业机器人编程..................................... 226
6.1.1 控制系统编程.................................. 226
6.1.2 编程方式.......................................... 227
6.1.3 离线编程软件.................................. 230
6.1.4 离线编程语言.................................. 235
6.2 开发环境配置......................................... 238
6.2.1 安装RobotStudio............................. 238
6.2.2 软件界面.......................................... 242
6.2.3 构建工作站...................................... 243
6.3Rapid语言介绍....................................... 252
6.3.1 Rapid语言程序架构........................ 253
6.3.2 程序及声明...................................... 253
6.3.3 数据与程序数据.............................. 256
6.4Rapid数据类型....................................... 257
6.4.1 原子型.............................................. 257
6.4.2 别名型.............................................. 258
6.4.3 记录型.............................................. 259
6.4.4 非值型.............................................. 263
6.4.5 组合数据类型.................................. 265
6.4.6 信号相关的数据类型...................... 268
6.4.7 程序数据.......................................... 269
6.4.8 数组.................................................. 271
6.5Rapid语法基础....................................... 272
6.5.1 表达式.............................................. 272
6.5.2 语句.................................................. 274
6.5.3 指令.................................................. 279
本章小结.......................................................... 287
本章练习.......................................................... 288
第7章 工业机器人编程实例.................. 289
7.1 基本概念................................................. 290
7.1.1 运动方式.......................................... 290
7.1.2 手动模式.......................................... 291
7.1.3 工作模式.......................................... 294
7.1.4 工件坐标系...................................... 295
7.2 构建程序数据......................................... 295
7.2.1 设定工具坐标系.............................. 296
7.2.2 设定工件坐标系.............................. 297
7.2.3 设置载荷数据.................................. 305
7.3 机器人编程实例..................................... 306
7.3.1 程序创建及编辑.............................. 306
7.3.2 机器人轨迹...................................... 309
7.3.3 逻辑指令.......................................... 315
7.3.4 I/O编程............................................ 326
7.3.5 程序仿真、调试和运行.................. 338
本章小结.......................................................... 341
本章练习.......................................................... 341
参考文献............................................................ 342
