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| 內容簡介： |
机器人是先进制造业的关键支撑装备，其研发和应用是衡量一个国家创新和高端制造发展水平的重要标志，对推动工业转型升级和改善人民生活水平具有重要意义。
本书以教学机器人和ABB工业机器人为例，深入浅出地讲解了两种典型机器人控制系统的整体概念和编程方法。全书共分为7章，第1章简要介绍了机器人的发展历史和基础结构；第2、3章结合实例介绍了教学机器人的基础知识和编程方法；第4、5章介绍了机器人的运动基础和轨迹仿真；第6、7章结合实际案例介绍了工业机器人的基础知识和编程方法。理论讲解结合实践练习，帮助读者迅速掌握机器人控制系统开发的必备知识，全面提高实际动手能力。
本书内容精炼、实用性强，可作为高校智能制造专业的教材，也可为有志于从事机器人行业的读者提供理论参考。
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| 目錄：
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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RobotStudio............................. 238
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 IO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
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| 內容試閱：
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随着以智能制造为代表的新一轮产业变革的迅猛发展，高端智能装备成为制造业升级改造的主要助力。为加速我国制造业的转型升级、提质增效，国务院提出了中国制造2025战略目标，明确将智能制造作为主攻方向，致力于加速培育我国新的经济增长动力，力争抢占新一轮产业竞争的制高点。
备受关注的机器人无疑是先进制造业的关键支撑设备。工信部、发改委、财政部联合印发的《机器人产业发展规划20162020年》将机器人作为重点发展领域作了进一步详细部署，意在尽快打造中国制造新优势，加快制造强国建设。当前形势下，旧的增长模式不可持续，工业的转型升级意义重大，机器人则是这场变革的关键。工信部部长苗圩曾指出，要以工业机器人为抓手，通过工业机器人在工业领域的推广应用，提升我国工业制造过程的自动化和智能化水平。
当前，我国机器人市场正处于高速增长期。自2013年以来，我国已连续五年成为全球机器人第一大市场。伴随着劳动力成本的增加以及政策的推动，机器换人成为国内诸多制造企业升级改造的重要手段。历史表明，广泛的市场应用将带来技术的飞速提升。因此，我国的工业机器人虽然起步较晚，但是随着应用的不断扩大以及国家的各种政策扶持，有望在未来进入国际先进行列。
发展机器人是大势所趋，行业前景广阔，但由于种种原因，目前该领域人才供求失衡严重：一方面，机器人厂商、系统集成商及加工制造业等求贤若渴；另一方面，人才供给严重不足，难以满足企业用人需求。究其原因，主要的，一是相对于近年来国内机器人产业的爆发性发展态势，高校、职校等的课程设置滞后，反应速度过慢；二是大机器人厂商有技术壁垒，虽然提供相关培训，但存在品牌针对性过强、配套设施不足、培训网点有限等缺陷，难以形成系统的教学流程和人才培养体系。这些因素在阻碍着中国机器人产业的进一步发展。
本书就是致力于解决上述两个问题的产物根据机器人相关企业需求设置课程内容，并开发了相关配套设施英谷教学机器人和工业机器人实训系统，试图形成系统的机器人教学流程，着力增强动手实操能力，以为中国机器人产业的发展输送更多人才。
本书是面向高等院校智能制造专业、机器人专业方向的标准化教材，包含四个方面的内容：机器人的发展历史和基础知识、机器人运动学及逆运动学分析与仿真、教学机器人编程及ABB工业机器人编程和仿真。这四个方面的知识合理分布于整套教材，章节间衔接流畅，由浅入深，理论讲解结合实践练习，让读者既能对机器人控制系统有一个整体清晰的认识，又能具备基础编程能力，提高学以致用和解决实际问题的能力。
本书由青岛英谷教育科技股份有限公司编写，参与本书编写工作的有刘伟伟、刘洋、王一军、金跃云、孙锡亮、金成学、张玉星、王燕等，青岛农业大学的连政国、黄新平、刘君，以及潍坊学院、曲阜师范大学、济宁学院、济宁医学院等高校的教师。本书在编写期间得到了各合作院校专家及一线教师的大力支持和协作，编者谨在此表示感谢。另外，在本书即将出版之际，编者要特别感谢给予我们开发团队以大力支持和帮助的领导及同事，感谢合作院校的师生给予我们的支持和鼓励，更要感谢开发团队每一位成员所付出的艰辛劳动。
由于编者水平所限，书中难免有错误或不当之处，读者在阅读过程中如有发现，可以通过邮箱yinggu@121ugrow.com与我们联系，以期不断完善。
本书编委会
2017年12月
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