工业机器人（第4版）

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韩建海，男，博士，教授，博导。2002年3月博士毕业于日本冈山大学工学部。教育部机械基础课程教学指导员会委员，河南省教学名师。多年来一直工作在教学和科研第一线，教书育人，为人师表。

第1章绪论(1)

1.1机器人概述(2)

1.2机器人的分类(6)

1.3工业机器人的组成与技术参数(11)

1.4本书教学要求(17)

习题(18)

第2章工业机器人机械系统设计(19)

2.1工业机器人总体设计(19)

2.2驱动机构(22)

2.3机身和臂部设计(31)

2.4腕部设计(42)

2.5手部设计(49)

2.6行走机构设计(56)

习题(61)

第3章工业机器人运动学(62)

3.1概述(62)

3.2物体在空间中的位姿描述(62)

3.3齐次坐标与齐次坐标变换(63)

3.4变换方程的建立(69)

3.5RPY角与欧拉角(72)

3.6机器人连杆DH参数及其坐标变换(76)

3.7建立机器人运动学方程实例(78)

3.8机器人逆运动学(85)

习题(90)

第4章工业机器人静力计算及动力学分析(92)

4.1速度雅可比矩阵与速度分析(92)

4.2力雅可比矩阵与静力计算(97)

4.3工业机器人动力学分析(102)

4.4机器人动力学建模和仿真(109)

习题(111)

第5章工业机器人控制(113)

5.1机器人控制系统与控制方式(113)

5.2单关节机器人模型和控制(116)

5.3基于关节坐标的控制(122)

5.4基于作业空间的伺服控制(125)

5.5机器人末端操作器的力/力矩控制(126)

5.6拖动示教的零力控制(131)

5.7工业机器人控制系统硬件设计(133)

习题(136)

第6章工业机器人感觉系统(138)

6.1工业机器人传感器概述(138)

6.2位置和位移传感器(141)

6.3速度传感器(148)

6.4接近觉传感器(150)

6.5触觉传感器(155)

6.6工业机器人视觉技术(163)

6.7其他外部传感器(175)

习题(175)

第7章工业机器人轨迹规划与编程(176)

7.1工业机器人轨迹规划(176)

7.2关节空间法(178)

7.3直角坐标空间法(185)

7.4轨迹的实时生成(187)

7.5工业机器人编程(189)

7.6工业机器人编程语言(193)

7.7工业机器人离线编程(202)

习题(209)

第8章工业机器人的应用(210)

8.1工业机器人的应用准则、步骤和安全实施规范(210)

8.2焊接工业机器人系统及应用(213)

8.3喷涂机器人系统组成及应用(225)

习题(230)

参考文献(231)第1章绪论(1)

1.1机器人概述(2)

1.2机器人的分类(6)

1.3工业机器人的组成与技术参数(11)

1.4本书教学要求(17)

习题(18)

第2章工业机器人机械系统设计(19)

2.1工业机器人总体设计(19)

2.2驱动机构(22)

2.3机身和臂部设计(31)

2.4腕部设计(42)

2.5手部设计(49)

2.6行走机构设计(56)

习题(61)

第3章工业机器人运动学(62)

3.1概述(62)

3.2物体在空间中的位姿描述(62)

3.3齐次坐标与齐次坐标变换(63)

3.4变换方程的建立(69)

3.5RPY角与欧拉角(72)

3.6机器人连杆DH参数及其坐标变换(76)

3.7建立机器人运动学方程实例(78)

3.8机器人逆运动学(85)

习题(90)

第4章工业机器人静力计算及动力学分析(92)

4.1速度雅可比矩阵与速度分析(92)

4.2力雅可比矩阵与静力计算(97)

4.3工业机器人动力学分析(102)

4.4机器人动力学建模和仿真(109)

习题(111)

第5章工业机器人控制(113)

5.1机器人控制系统与控制方式(113)

5.2单关节机器人模型和控制(116)

5.3基于关节坐标的控制(122)

5.4基于作业空间的伺服控制(125)

5.5机器人末端操作器的力/力矩控制(126)

5.6拖动示教的零力控制(131)

5.7工业机器人控制系统硬件设计(133)

习题(136)

第6章工业机器人感觉系统(138)

6.1工业机器人传感器概述(138)

6.2位置和位移传感器(141)

6.3速度传感器(148)

6.4接近觉传感器(150)

6.5触觉传感器(155)

6.6工业机器人视觉技术(163)

6.7其他外部传感器(175)

习题(175)

第7章工业机器人轨迹规划与编程(176)

7.1工业机器人轨迹规划(176)

7.2关节空间法(178)

7.3直角坐标空间法(185)

7.4轨迹的实时生成(187)

7.5工业机器人编程(189)

7.6工业机器人编程语言(193)

7.7工业机器人离线编程(202)

习题(209)

第8章工业机器人的应用(210)

8.1工业机器人的应用准则、步骤和安全实施规范(210)

8.2焊接工业机器人系统及应用(213)

8.3喷涂机器人系统组成及应用(225)

习题(230)

参考文献(231)

本书自第一版发行以来，经十几次印刷，已出版53 000多册，被全国几十所院校有关专业采用，受到读者的厚爱。在使用中，许多授课老师和读者向我们提出了宝贵意见和建议，使我们受益匪浅，在此，向热心支持和帮助我们的相关兄弟院校的教师以及读者表示衷心的感谢。我国制造业转型升级步伐加快和人工成本快速提高，促使企业加速推进“机器换人”智能化改造。目前中国已经成为全球规模最大的工业机器人市场。随着大量机器人的导入，企业急需大批掌握机器人工作原理，具备编程操作、维护维修和集成应用能力的高级工程技术人才。为了顺应社会发展对人才的需求，教育部不失时机地推出“新工科”建设项目，众多高校积极申报“机器人工程”新专业。2018年教育部批准设置“机器人工程”专业点60个，2019年申请设置“机器人工程”专业点108个。由此可见，“工业机器人”课程和教材建设至关重要，这也促使我们不断修订、完善教材，紧跟先进机器人技术的发展趋势。此次再版延续原有教材的定位，仍立足于机器人理论知识和工程实际应用技术的最佳结合，在适当进行理论分析的基础上，着重介绍多学科知识的综合应用和最新实际工程应用，强化机器人技术应用能力的培养，以满足机械类应用型高级人才的培养目标。此次再版更注重细节内容的校对与修订，以及最新技术的增添，例如，冗余自由度的解释、RPY角与欧拉角的用途、动力学方程建立的简单实例、机器人动力学仿真、零力控制原理，等等。再版教材更有利于读者理解课程难点、要点和掌握最新实际工程应用技术。本书共分8章：第1章绪论、第2章工业机器人机械系统设计、第3章工业机器人运动学、第4章工业机器人静力计算及动力学分析、第5章工业机器人控制、第6章工业机器人感觉系统、第7章工业机器人轨迹规划与编程、第8章工业机器人的应用。本次再版编写具体分工为：第1章由河南科技大学韩建海、武汉库柏特科技有限公司闫琳编写；第2章由河南科技大学韩建海、李向攀编写；第3章由河南科技大学韩建海、安徽工业大学叶晔编写；第4章由湖北工业大学张铮、河南科技大学郭冰菁编写；第5章由河南科技大学韩建海、王会良编写；第6章由河南科技大学郭冰菁、安阳工学院韩向可编写；第7章由河南科技大学李向攀、河南师范大学新联学院陈天聪编写；第8章由河南科技大学韩建海、李向攀编写。本书由韩建海担任主编，并负责全书统稿工作。张文飞硕士研究生在习题参考答案资料收集与整理方面做了许多工作。本书在修订过程中参阅了同行专家学者和一些院校的教材、资料和文献，在此谨致谢意。修订后的教材有较明显的改进与提高，但由于编者水平有限，书中依然难免存在不足之处和错误，敬请读者批评指正。