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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

3.1 PWM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

5.1.9 ABB IRB 1200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RobotStudio238

6.2.2 软件界面242

6.2.3 构建工作站243

6.3 Rapid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

6.4 Rapid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

6.5 Rapid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