智能機器人技術基礎及應用

目　錄

第1章  緒論 1

1.1　智能 1

1.1.1　人工智能的誕生 1

1.1.2　圖靈測試 2

1.2　機器人 2

1.2.1　機器人定義 2

1.2.2　機器人系統組成 3

1.2.3　機器人的應用領域 5

1.2.4　機器人的發展趨勢 7

1.3　智能機器人系統 7

1.3.1　智能機器人概念 8

1.3.2　機器人智能水平評價 8

1.3.3  典型的智能機器人 9

1.3.4　智能機器人的發展趨勢 13

習題1 15

第2章  機器人基礎 16

2.1　機器人數學基礎 16

2.1.1　機器人的位姿描述 16

2.1.2　齊次變換和運算 18

2.2  機器人運動學 20

2.2.1　機器人正運動學 21

2.2.2　機器人逆運動學 23

2.3　機器人動力學 25

2.3.1　機器人雅可比矩陣分析 25

2.3.2　機器人的力雅可比矩陣 27

2.3.3　機器人動力學方程 28

習題2 31

第3章  機器人的機械系統 33

3.1　機器人機械系統組成 33

3.1.1　機器人機座 33

3.1.2　機器人機身 35

3.1.3　機器人臂部 35

3.1.4　機器人腕部 36

3.1.5　機器人手部 40

3.2　機器人的傳動機構 42

3.2.1　傳動機構簡介 42

3.2.2　機器人中主要使用的減速器 43

習題3 45

第4章  機器人驅動系統 46

4.1　機器人驅動方式 46

4.1.1　直接驅動和間接驅動 46

4.1.2　液壓驅動系統 46

4.1.3　氣壓驅動系統 48

4.1.4　電氣驅動系統 49

4.1.5　新型驅動器 51

4.2　機器人驅動系統的選用原則 52

習題4 53

第5章  智能機器人感知系統 54

5.1　機器人傳感器概述 54

5.2　機器人內部傳感器 55

5.2.1　位移和角度傳感器 56

5.2.2　速度和加速度傳感器 59

5.3　機器人外部傳感器 62

5.3.1　接觸感知傳感器 62

5.3.2　距離/接近覺傳感器 67

5.3.3　視覺傳感器 70

5.4　機器人傳感器應用 71

5.5　多傳感器信息融合技術 73

5.5.1　多傳感器信息融合概述 73

5.5.2　多傳感器信息融合技術應用 74

習題5 77

第6章  智能機器人控制技術 78

6.1　PID控制 78

6.1.1　PID控制原理 78

6.1.2　機器人PID控制 80

6.2  模糊控制 83

6.2.1  模糊控制基礎知識 84

6.2.2  模糊控制的基本原理 86

6.2.3  機器人系統的模糊控制 89

6.3　神經網絡控制 90

6.3.1  神經網絡概述 90

6.3.2  典型的神經網絡結構 92

6.3.3  神經網絡的學習 93

6.3.4　神經網絡的應用 94

6.4　自適應控制 97

6.4.1　自適應控制原理 97

6.4.2  自適應控制結構 99

6.4.3  自適應控制的應用 100

6.4.4　自適應機器人 101

習題6 102

第7章  機器人通信技術 103

7.1　無線射頻通信 103

7.1.1  無線射頻通信概述 104

7.1.2　RFID通信實例 106

7.2　無線傳感器通信 107

7.2.1　無線傳感器通信概述 107

7.2.2　基於ZigBee模塊的通信 108

7.3　Wi-Fi通信技術 110

7.3.1　Wi-Fi通信概述 110

7.3.2　Wi-Fi網絡建立及加密 111

7.4　5G通信技術 112

7.4.1　5G的特點 112

7.4.2　5G的關鍵技術 113

7.5　衛星通信技術 113

7.6　基於Internet的機器人遙操作 114

7.6.1　遙操作原理 115

7.6.2　遙操作平臺的建立 116

習題7 116

第8章  智能機器人虛擬仿真 117

8.1　智能機器人虛擬仿真概述 117

8.1.1　智能機器人虛擬仿真的意義 117

8.1.2　智能機器人虛擬仿真對象 118

8.2　應用RobotStudio構建機器人工作站 119

8.2.1　功能介紹 119

8.2.2　RobotStudio軟件安裝 120

8.2.3  機器人工作站構建 122

8.3　機器人離線軌跡編程 128

習題8 135

第9章  服務機器人 136

9.1　兒童陪伴機器人 136

9.1.1　兒童陪伴機器人概述 136

9.1.2　兒童陪伴機器人關鍵技術 137

9.1.3　兒童陪伴機器人應用 138

9.2　掃地機器人 141

9.2.1　掃地機器人概述 142

9.2.2　掃地機器人關鍵技術 143

9.3　導覽機器人 146

9.3.1　導覽機器人概述 146

9.3.2　導覽機器人關鍵技術 147

9.3.3　導覽機器人應用 148

9.4　手術機器人 152

9.4.1　手術機器人概述 152

9.4.2　達芬奇手術機器人系統 152

9.5　護理機器人 155

9.5.1　護理機器人概述 155

9.5.2　護理機器人關鍵技術 156

9.5.3　護理機器人應用 157

習題9 160

第10章  工業機器人 161

10.1　搬運機器人 161

10.1.1　搬運機器人的分類 161

10.1.2　智能物料搬運機器人技術分析 163

10.1.3　典型的搬運機器人 164

10.2　碼垛機器人 167

10.2.1　碼垛機器人分類 167

10.2.2　智能碼垛機器人技術分析 169

10.2.3　典型碼垛機器人 171

10.3　裝配機器人 172

10.3.1　裝配機器人分類 172

10.3.2　智能裝配機器人技術分析 174

10.3.3　典型裝配機器人 177

10.4　焊接機器人 178

10.4.1　焊接機器人分類 178

10.4.2　智能焊接機器人技術分析 181

10.4.3　典型焊接機器人 182

習題10 185

參考文獻 186