《机器人控制方法与理论》周宏甫，魏百申著|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《机器人控制方法与理论》

【作　者】周宏甫，魏百申著

【丛书名】智能制造与机器人理论及技术研究丛书

【出版社】 华中科学技术大学出版社 , 2020.08

【ISBN号】978-7-5680-6110-0

【价 格】98.00

【分 类】机器人控制-研究

【参考文献】 周宏甫，魏百申著. 机器人控制方法与理论. 华中科学技术大学出版社, 2020.08.

图书封面：

图书目录：

《机器人控制方法与理论》内容提要：

本书详细分析了机器人常用的控制方法与理论，其内容覆盖多种机器人。包括：机器人的力控制与阻抗控制；移动机器人的Mecanum全向轮移动控制；机器人视角识别与控制，包括机器人单目视觉、双目视觉、结构光视觉和机器人Kinect视觉；机器人导航方法与控制，包括磁标导航、激光扫描导航、视觉图像导航、惯性、陀螺仪IMU导航、GPS导航和SLAM即时定位与地图构建导航；机器人的步态控制，包括双腿行走机器人、四腿行走机器人、六腿行走机器人的步态控制；扑翼飞行机器人的运动与控制；鱼机器人的运动与控制。

《机器人控制方法与理论》内容试读

第1章

绪论

1.1机器人的定义与分类

机器人一词来源于一个科幻形象，它出自I920年捷克作家Karel Capek发表的一个科幻剧Rossum's Universal Robots,robot一词是由捷克文robata衍生而来的。机器人有多种定义，原因在于当今世界机器人还处在不断发展的过程中，新的机型、新的功能一直在不断涌现。

美国机器人协会(Robot Institute of America)定义：机器人是一种可编程的多功能机械手，是一种通过可编程的位置运动来移动材料、部件，以完成各种任务的工具或特定设备。

日本的森政弘与合田周平提出：“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等7个特征的柔性机器。”森政弘又提出了：机器人具有自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、柔性、有限性、移动性等10个特性。

日本的加藤一郎提出：机器人是具有脑、手、脚等三要素的个体：具有类似人眼、耳等感觉器官的非接触传感器和接触传感器的个体，

科幻作家Isaac Asimov于1940年提出机器人学三原则：

(1)机器人不得伤害人或由于故障而使人遭受不幸：

(2)机器人应执行人们下达的命令，除非这些命令与第一原则相矛盾；

(3)机器人应能保护自己的生存，只要这种保护行为不与第一或第二原则相矛盾。

机器人主要分为：

①工业机器人(industrial robots);

②军事机器人(military robots);

③医疗机器人(medical robots);

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机器人控制方法与理论

④移动机器人(mobile robots):

⑤服务机器人(service robots);

⑥纳米机器人(nano robots)。

1.2机器人的发展

Unimate和Versatran建立了世界上最早的工业机器人。自世界上第一台机器人于1954年在美国诞生以来，机器人的发展，经历了三个阶段

第一代机器人，示教再现型机器人。它是通过一个计算机，控制一个多自由度的机械，通过示教存储信息，在工作时把信息读取出来，然后发出指令。机器人可以重复地根据示教指令，再展现出这种动作。这类机器人存在一种缺陷，就是它对于外界的环境没有感知。

第二代机器人，具有感觉的机器人。第二代机器人的研究始于20世纪70年代。这种具有感觉的机器人拥有类似于人的某种感觉，如视觉、听觉、力觉、触觉、滑觉。

第三代机器人，智能机器人。智能机器人具有思维感知和人机通信功能。在机器人的控制方面，目前有通用机器人操作系统(robot operating system,ROS)。ROS最初由斯坦福大学人工智能实验室(Stanford Artificial Intelligence Laboratory,SAIL)在斯坦福AI机器人项目(Stanford Al robot project)的支持下开发。如今已经有许多的研究机构，通过增加ROS支持的硬件

或者软件源代码的方式，加入ROS的开发中。

ROS是如今广泛应用的机器人系统的软件框架，其基本原理是不需要改动

便可在不同的机器人设备上使用复用代码。研究者可以在不同的机器人上复

用已经研究实现的ROS代码功能。ROS可以为研究者提供标准的机器人操作

系统环境。它是基于一个集中式的拓扑图结构，利用不同的节点去接收传感器、控制、状态、规划执行器数据，并进行处理发送。

在工业机器人方面，工业机器人已经得到了更加广泛的使用，很多人工不方便完成的任务都可以由工业机器人代替完成。

1962年，第一台实用的工业机器人在美国诞生，这一事件在工业机器人生产控制史上具有里程碑式的意义。紧接着，日本在20世纪60年代末也开始了对工业机器人的开发和应用，成为“工业机器人王国”。德国把对工业机器人的研究重点放在智能化方面，其开发出来的工业机器人产品在技术上是比较先进的。瑞典、意大利等国也开发了很多工业机器人。

·2

第1章

绪论

中国的工业机器人取得了重大成就，中国制造的工业机器人在工业、建筑、航天、海洋等各个领域中得到推广和运用。20世纪80年代，中国对工业机器人的研究工作刚刚起步，那时候，研究工作主要是在某些大学和研究院进行的。到了2010年末，中国已经基本实现工业机器人产业化，但也遇到瓶颈问题，如减速机方面仍然受到国外的限制。在国内有多家企业和研究机构已经掌握工业机器人的各方面技术要点，能够独立生产出自己的工业机器人，并能够作出不同的优化方案。目前，中国独立开发的工业机器人已经被应用到工业生产的各个领域，包括弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等，除了在中国本土，中国的工业机器人在世界上也占据了一定的市场。

图1-1是2011一2015年中国市场工业机器人销售量条形图，中国已经是工业机器人的销售大国，但中国企业中工业机器人的覆盖率还不高，中国每万人平均拥有工业机器人的数量比较少，很多小企业根本还没开始投入使用工业机器人。

7.5

6

5.5

血5

4

3.69

3

2.69

2.26

2

2011年

2012年2013年2014年2015年

图1-12011一2015年中国工业机器人销售量条形图

1.3机器人的应用

机器人技术是集机械工程、控制工程、电子技术、传感器技术、计算机科学、人工智能、仿生学等学科于一体的综合技术。每一台机器人，都是一个知识密集和技术密集的高科技机电一体化产品。机器人的基础内容包括：空间机构学、机器人运动学、机器人静力学、机器人动力学、机器人控制技术、机器人传感技术和机器人语言等。

机器人大量应用在工业生产的搬运、喷涂、焊接等方面。机器人应用主要

3

机器人控制方法与理论

包括：

(1)机器人在工业、建筑、农业中的应用：

(2)机器人在服务业中的应用；

(3)机器人在核能、水下、高空、肮脏、危险和枯燥环境中的应用；

(4)采矿机器人；

(5)军用机器人；

(6)灾难救援机器人；

(7)康复机器人；

(8)排险机器人。

在工业机器人方面，工业机器人的主要应用领域是汽车产业、重金属加工行业、家用电器行业、医疗等方面，在这些行业当中，汽车产业的工业机器人应用最广。从汽车零部件的生产，到零部件表面的加工处理，再到整车的装配，这

一系列过程几乎都用到了工业机器人，因此，汽车制造业是工业机器人的重要应用产业。

除了汽车产业之外，一些重工企业也用到了具有特定功能的工业机器人来实施特殊作业，如高温环境作业、高负载作业等一些危险性较大、不适合人工现场操作的工作。在很多涉及搬运作业的场景，码垛机器人的使用已经逐渐代替人工搬运。在医疗方面，一些特殊精密机器人得到使用，国外某些医院甚至已经将机器人应用到手术当中。

从工业机器人在各个生产领域的工作投入中可以发现，它大大提高了制造自动化水平和生产效率，而且降低了人工生产活动的疲劳度，工业机器人在生产上的使用有着很大的改善作用。由机器人来代替人工工作会获得更大的经济效益。

近些年，工业机器人领域的方向是模块重组化、柔性化和智能系统化，其发展趋势包括以下几个方面：操控技术的简便化、开放化；伺服电动机驱动技术的精确化和稳定化；传感器技术的实用化：作业的柔性化；工作环境适应性的优化，以及结构的模块化和可重构化等方面。

参考文献

1]ORE F.Human industrial robot collaboration:simulation,visualisation

and optimisation of future assembly workstations D.Vasteras:Ma-lardalen University,2015.

。4

第1章

绪论

[2]FASTH A,PROVOST J,FABIAN M,et al.From task allocation to-

wards resource allocation when optimising assembly systems [C].45thCIRP Conference on Manufacturing Systems.Procedia CIRP,2012,3:400-405.

3]TSAROUCHI P,MATTHAIAKIS A-S,MAKRIS S,et al.On a human

robot collaboration in an assembly cell[J].International Journal of Com-puter Integrated Manufacturing,2016,30(6):1-10.

[4]SCIAVICCO L,SICILIANO B.Modelling and control of robot manipula-

tors[M].Second Edition.London:Springer-Verlag,2000.

[5]SICILIANO B.SCIAVICCO L,VILLANI L,et al.Robotics:modelling

planning and control[M].London:Springer-Verlag,2008.

[6]CRAIG J J.机器人学导论[M].贠超，等译.北京：机械工业出版

社，2006.

5

第2章

机器人的运动学

机器人是一个复杂的空间运动机构。通过运动学分析，机器人能够完成指定的运动。

.2.1世界坐标系与局部坐标系

世界坐标系是一个固定的基础坐标系，机器人的每个关节的坐标值以这个固定的坐标系为基础。世界坐标系也称基坐标系或笛卡儿坐标系，图2-1中的

OXYZ坐标系是世界坐标系。

局部坐标系是每个机器人关节的相对坐标系或关节坐标系，图2-1中的

o.xy之坐标系是局部坐标系。

Z

图2-1机器人世界坐标系与局部坐标系

2.2齐次矩阵

齐次矩阵(homogeneous matrices)用来描述坐标的平移、旋转、平移与旋转的混合。

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···试读结束···