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機器人工程基礎

文章出處:責任編輯:人氣:-發表時間:2023-11-14 13:36【

機器人工程基礎

機器人工程學科是以控制科學與工程、機械工程、計算機科學與技術、材料科學與工程、生物醫學工程和認知科學等學科中涉及的機器人科學技術問題為研究對象,綜合應用自然科學、工程技術、社會科學、人文科學等相關學科的理論、方法和技術,研究機器人的智能感知、優化控制與系統設計、人機交互模式等學術問題的一個多領域交叉的前沿學科。機器人工程學科的描述直接體現了該學科所涉及的寬廣的工程基礎,也給每一位想要投身于機器人領域的科技人員提出了挑戰。

下面通過《機器人工程基礎》這本書,帶您系統了解機器人開發設計的工程基礎理論和知識。

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本書特點

機器人的設計來源于對人類的仿生,這種設計理念可以幫助我們梳理機器人工程的知識結構。通過將機器人與人類軀體的結構、肌肉、感知和控制做類比,《機器人工程基礎》把機器人的工程基礎知識主要劃分為:機械機構、驅動方法、傳感感知、控制系統,并圍繞這幾個方面介紹機器人設計開發的相關工程基礎知識。

主要內容

《機器人工程基礎》的主要內容編排如下:
第1章是機器人工程基礎的介紹。從機器人的定義和發展歷史入手介紹機器人的基本概念;進而介紹機器人的分類方法,并針對不同的分類,介紹具有代表性的機器人產品。分析機器人的功能和構成,概述了后續章節的主要內容。
第2章講述了空間剛體系統的基本描述方法和基本數學公式。三維空間的位置和姿態的描述方法是機器人設計的重要內容。以三維空間描述方法為基礎,討論了剛體的線速度、線加速度、角速度、角加速度在三維坐標系中的描述方法。剛體動力學描述的公式是牛頓(Newton)方程和歐拉(Euler)方程,除了速度和加速度之外,其中的參數還包括質量和慣性張量。
第3章討論機器人的機構和運動。介紹了機器人機構設計中的主要傳動機構,引出并討論了連桿、關節、自由度的概念。圍繞機械臂的構型,采用DH方法論述了機械臂的正運動學和逆運動學,采用NewtonEuler遞推方法建立機器人動力學方程,并給出了典型機械臂的示例。
第4章的內容是機器人的驅動方法。驅動是機器人能夠實現運動的重要內容,就像人類的肌肉一樣。相比于液壓和氣動驅動,電驅動是機器人的主要驅動方式。因此主要介紹有刷直流電動機、步進電動機和永磁同步電動機的驅動原理和控制方法。舵機作為很多機器人中常用的驅動模塊,對其結構、原理和參數進行專門介紹。
第5章介紹了機器人工程設計中常用的傳感器。包括內部傳感器和外部傳感器。其中內部傳感器介紹了位置和角度、速度和角速度、加速度和角加速度、姿態以及世界坐標位置的測量傳感器;外部傳感器類比人類的感知能力,介紹了常用的視覺、觸覺、力覺、距離的測量方法,以及聽覺、味覺、嗅覺這些特殊傳感器的原理。最后討論了多傳感器融合的硬件設計示例。
第6章探討了機器人控制器的功能和結構。在控制器中的機器人編程和與之相關的軌跡規劃是這一章的重點內容。通信技術是機器人控制器分布式設計的基礎,這里介紹了機器人控制系統中常用的幾種通信方式。
第7章討論了機器人操作系統的相關內容。機器人操作系統是機器人開發的資源公用平臺。本章首先介紹了機器人操作系統的產生背景、特點和發展歷程;之后以一個簡單的例子介紹了機器人操作系統的基本概念和使用方法;然后進一步討論了機器人操作系統的一些關鍵概念;最后介紹了機器人操作系統的編程應用方法。
第8章采用應用示例的方式介紹了機器人建模仿真和運行應用的主要方法。以AUBO-i5協作機械臂為例,實現了機器人的運動控制和基于視覺的抓取任務。
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