本书系统地介绍了机器人技术的基础知识和应用实例以及机器人竞赛的有关知识，比较全面地反映了国内外机器人研究和应用的*进展。全书共分为9章。主要内容有机器人的基本概念与分类、基本组成、技术参数，机器人的运动学和动力学，机器人的轨迹规划，机器人的控制，机器人传感器，焊接、喷漆、装配、洁净与真空机器人、移动式搬运机器人等工业机器人的应用实例，移动机器人定位与导航，以及机器人竞赛的种类及应用实例。 本书可作为从事机器人学研究、开发和应用的科研工作者和工程技术人员的参考书，也可以作为高等院校自动控制、机械工程、电子工程、机电一体化等相关专业本科生和研究生的教材。

本书是作者结合多年来在机器人方面的教学和科研成果与经验，精心组织和编写的。系统地介绍机器人技术，满足高等院校师生和广大工程技术人员的迫切需求。在内容的选择和编排上，注重理论与工程应用的结合、基础知识与现代技术的结合；在理论方面，包括机器人的基本概念与分类，机器人的运动学和动力学，机器人的运动规划，机器人的控制技术和传感器技术，能反映当前国内外机器人技术研究的*进展；在应用方面，不仅有焊接机器人、喷漆机器人、装配机器人、洁净机器人与真空机器人、移动式搬运机器人等工业机器人的应用，而且还包括移动机器人定位与导航和机器人大赛方面的相关知识与应用实例。应用实例丰富、生动，拓展学生的视野。讲解简明概括，易于理解，内容包括机器人的基本概念、分类，机器人的运动学和动力学、运动规划、控制技术、传感器等。内容丰富，图文并茂，应用领域广泛，可作为机械、自动化及计算机等专业本科高年级学生或研究生的教材，也可供从事机器人学研究的科研人员学习和参考。

前言Foreword 机器人技术是20世纪人类最伟大的发明之一。随着计算机技术、通信技术、传感器技术、控制技术、微电子技术、材料技术等的迅速发展和社会的进步，现代机器人不仅广泛应用于工业生产和制造业，而且在航天、海洋探测、危险或恶劣环境，以及日常生活和教育娱乐等领域获得了大量应用。各种各样的机器人不但已经成为现代高科技的应用载体，而且自身也迅速发展成为一个相对独立的研究领域与交叉技术，形成了特有的理论研究和学术发展方向。机器人学是一门集机械、电子、控制及计算机等多个技术的综合性前沿学科。为了顺应机器人从传统的工业机器人逐步走向千家万户的发展趋势，拓展学生的视野，展示机器人的广阔应用领域，本书综合应用多个相关学科的知识，系统地讲解了机器人技术的基础知识、相关先进理论和技术以及应用实例。在内容编排方面，注重理论与工程实际的结合、基础知识与现代技术的结合，并附有机器人大赛的相关知识与应用实例。希望读者通过阅读和学习这本书，感受到从事机器人相关研究的乐趣。本书共分为9章，第1章主要讲解机器人的基础知识，包括机器人的基本概念与分类、机器人系统的基本组成、机器人的技术参数、机器人的应用以及机器人大赛的相关知识；第2章主要介绍机器人的运动学；第3章介绍机器人的动力学；第4章介绍机器人轨迹规划的相关知识；第5章介绍机器人的控制，包括机器人的位置控制、力控制、力/位置混合控制、现代控制技术、智能控制技术、机器人编程语言以及机器人控制系统应用实例；第6章介绍机器人的传感器，包括机器人常用的内部传感器、外部传感器以及智能传感器；第7章列举了焊接机器人、喷漆机器人、装配机器人、洁净机器人与真空机器人、移动式搬运机器人的应用实例；第8章介绍移动机器人定位与导航的相关知识；第9章以设计具有实时显示速度、自动寻迹、避障以及可遥控行驶等功能的智能车为实例，阐述了其硬件及软件设计，最后介绍了Arduino的相关知识。 本书第1章由郭彤颖、安冬编写，第2～4章由郭彤颖、王海忱编写，第5章由郭彤颖、徐立辉、安冬编写，第6章由郭彤颖、张辉、李宁宁编写，第7章由郭彤颖、刘冬莉、刘雍编写，第8章由郭彤颖、徐力编写，第9章由安冬编写。全书由郭彤颖、安冬统稿。本书的编写参考了国内外学者的大量论著和资料，限于篇幅，不能在书中详尽列出，谨在此对其作者表示衷心的谢意。本书在编写过程中，得到了清华大学出版社的大力支持，在此表示衷心的感谢！由于机器人技术一直处于不断发展之中，再加上时间仓促、编者水平有限，难以全面、完整地对当前的研究前沿和热点问题一一进行探讨。书中存在不足和疏漏之处，敬请读者给予批评指正。
编者◆机器人技术基础及应用

目录Contents 第1章绪论11.1机器人的基本概念与分类11.1.1机器人的基本概念11.1.2机器人的分类21.2机器人系统的基本组成61.3机器人的技术参数81.4机器人的应用101.5机器人竞赛19习题23第2章机器人的运动学242.1位置与姿态的描述242.2坐标变换262.3齐次坐标变换282.4机器人正向运动学322.4.1正向运动方程的变换矩阵322.4.2正向运动方程的求解352.5机器人逆向运动学402.5.1逆向运动学问题的多解性与可解性402.5.2逆向运动方程的求解412.6移动机器人的运动学模型50习题52第3章机器人的动力学533.1拉格朗日法533.2机器人动力学方程573.2.1n自由度机器人操作臂动力学方程57◆机器人技术基础及应用目录3.2.2机器人操作臂动力学方程系数的简化593.2.3考虑非刚体效应的动力学模型603.3动力学仿真61习题62第4章机器人的运动规划634.1机器人轨迹规划634.1.1关节空间描述与直角坐标空间描述644.1.2轨迹规划的基本原理654.2关节空间的轨迹规划684.3直角坐标空间的轨迹规划74习题77第5章机器人控制785.1机器人控制概述785.1.1机器人控制系统及其功能785.1.2机器人控制系统的特点795.1.3机器人的控制方式805.2机器人的位置控制805.3机器人的力控制865.3.1质量\|弹簧系统的力控制875.3.2力/位置混合控制885.4机器人的现代控制技术915.4.1机器人的自适应控制915.4.2机器人的滑模变结构控制965.4.3机器人的学习控制995.5机器人的智能控制1025.5.1机器人智能化发展趋势1025.5.2机器人智能控制的特点1025.5.3机器人模糊控制应用实例1035.6机器人编程语言1055.7几种典型的机器人控制系统举例1095.7.1PUMA562机器人控制系统1095.7.2FANAC机器人控制系统117习题118第6章机器人传感器1196.1机器人传感器概述1196.2常用的内部传感器1246.2.1位置传感器1246.2.2速度传感器1276.2.3加速度传感器1296.2.4倾斜角传感器1306.2.5力觉传感器1316.3常用外部传感器1336.3.1视觉传感器1336.3.2触觉传感器1376.3.3接近度传感器1396.3.4激光传感器1456.4智能传感器1466.4.1智能传感器概述1466.4.2智能传感器的功能与特点1526.4.3智能传感器的实现技术1546.4.4智能传感器在智能机器人中的应用157第7章工业机器人应用实例1597.1焊接机器人1597.1.1点焊机器人1597.1.2弧焊机器人1637.2喷漆机器人1727.2.1液压喷漆机器人1737.2.2电动喷漆机器人1757.3装配机器人1767.3.1装配机器人的系统组成1777.3.2装配机器人的常用传感器1787.3.3装配机器人的多传感器信息融合系统1847.4洁净机器人与真空机器人1857.4.1洁净环境和真空环境1857.4.2洁净机器人1857.4.3真空机器人1877.5移动式搬运机器人1887.5.1自动导引小车系统的组成1897.5.2自动导引小车的导引方式190第8章移动机器人的定位与导航1938.1移动机器人的定位1938.2环境地图的表示1958.3移动机器人的路径规划1978.4移动机器人的导航200习题202第9章机器人竞赛应用实例2049.1单片机基础知识2049.2单片机常用开发软件2079.3系统硬件设计2129.4控制方法及程序设计2189.5Arduino应用实例226参考文献238