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1 绪论1

1.1 工业机器人及其发展1

1.1.1 工业机器人及其操作机1

1.1.2 工业机器人的发展和分代1

1.2 工业机器人的组成4

1.2.1 执行机构5

1.2.2 驱动—传动装置6

1.2.3 控制系统7

1.2.4 智能系统9

1.3 机器人操作机的主要类型9

1.3.1 直角坐标型操作机10

1.3.2 圆柱坐标型操作机11

1.3.3 球坐标型操作机11

1.3.4 关节型操作机11

1.4 工业机器人的分类和主要性能指标12

1.4.1 工业机器人的分类12

1.4.2 主要性能指标及产品样本图14

1.5 操作机的设计步骤18

2 操作机的几何分析19

2.1 确定刚体位姿的矩阵方法19

2.1.1 位姿矩阵的建立19

2.1.2 位姿矩阵的逆阵20

2.1.3 多刚体之间的位姿关系及矩阵方程21

2.2 姿势矩阵的3转角表示法23

2.2.1 用绕流动坐标轴的转角为参数的表示法23

2.2.2 用绕基础坐标轴的转角为参数的表示法24

2.3 操作机两杆间位姿矩阵的建立25

2.3.1 关于结构参数与关节变量的规定25

2.3.2 确定两杆之间位姿矩阵的方法27

2.4 操作机位姿方程的正、逆解28

2.4.1 开链操作机29

2.4.2 带有局部闭链的操作机42

2.5 工作空间和末杆位姿图53

2.5.1 工作空间53

2.5.2 灵活性、灵活度和末杆位姿图56

3 速度分析和力分析60

3.1 速度、加速度分析及雅可比矩阵60

3.1.1 杆件之间的速度分析60

3.1.2 雅可比矩阵63

3.1.3 杆件之间的加速度分析65

3.2 静力分析68

3.3 动力分析71

3.3.1 惯性参数计算公式71

3.3.2 基于牛顿-欧拉方程的动力学算法77

3.3.3 基于拉格朗日方程的动力学算法85

4 操作机的驱动-传动系统89

4.1 驱动-传动系统的组成及各部分的主要类型89

4.1.1 驱动-传动系统的组成89

4.1.2 驱动器的主要类型和优缺点90

4.1.3 驱动器的选择90

4.1.4 联轴器、传动机构及速比选择92

4.1.5 位移检测元件（装置）96

4.2 谐波传动99

4.2.1 工作原理及常见的两种形式99

4.2.2 谐波传动的主要特点101

4.2.3 谐波传动的选择103

4.3 RV摆线针轮传动106

4.3.1 工作原理和速比计算106

4.3.2 主要特点106

4.3.3 RV摆线针轮减速器的选择108

4.4 滚动螺旋传动109

4.4.1 工作原理及结构形式109

4.4.2 主要特点111

4.4.3 承载能力和选择112

4.5 驱动-传动系统的动态特性114

4.5.1 电驱动器的动态特性114

4.5.2 液压驱动器的动态特性118

4.5.3 传动系统的构成及其简化122

4.5.4 传动系统的“单元”分析123

4.5.5 传动系统动力学方程125

4.5.6 驱动-传动系统的动态方程式127

4.5.7 实例分析128

5 手腕与末端执行器139

5.1 概述139

5.2 手腕140

5.2.1 单自由度手腕140

5.2.2 两自由度手腕142

5.2.3 三自由度手腕147

5.3 末端执行器154

5.3.1 夹持器154

5.3.2 拟手指型执行器156

5.3.3 吸式执行器158

6 操作机本体的分析与设计161

6.1 机型161

6.1.1 常见的商用机型及其评价161

6.1.2 构形原则及方法168

6.2 关节的构造及其传动配置170

6.2.1 腰关节（J1）170

6.2.2 肩关节（J2）和肘关节（J3）173

6.2.3 直动关节177

6.2.4 四点接触球轴承和交叉滚子轴承的选择计算177

6.3 臂杆及其平衡185

6.3.1 臂杆的结构及材料185

6.3.2 臂杆的平衡187

6.4 操作机的强度、刚度及动态特性分析190

6.4.1 操作机的强度、刚度分析要点191

6.4.2 动态特性分析192

7 新一代操作机的技术发展方向192

7.1 结构材料211

7.1.1 纤维强化复合材料211

7.1.2 高强度铝合金212

7.1.3 抑振合金材料212

7.1.4 蜂窝材料212

7.1.5 高分子功能材料212

7.1.6 金刚石薄膜212

7.2 执行机构212

7.2.1 执行机构“共同体”213

7.2.2 多自由度执行机构213

7.2.3 其他新型执行机构213

参考文献214