协作机器人技术及应用

协作机器人是当前智能机器人领域的研究热点。本书不仅介绍了协作机器人领域的关键技术，还细致梳理了协作机器人的整个产业链，从而使读者能够以更宽广的视角鸟瞰整个行业。因此，本书不但适合研究人员阅读，也适合作为技术管理者作为了解行业的参考用书。本书讲解细致入微，让您从零到一，掌握协作机器人技术精髓；作者系机器人教育及投资领域专家，对该领域有深刻洞察，用手术刀般精准的手法剖析整个产业链。

本书系统介绍了协作机器人的相关核心技术及其应用，将理论与实际相结合，在介绍协作机器人基础理论知识的同时，给出实际的应用示例，并结合产业态势，对协作机器人领域进行了较为全面的剖析。
本书内容丰富，涵盖协作机器人领域的理论技术与应用现状，可作为高等院校相关专业的教材或参考书，也可供相关技术研发人员、机器人领域的从业人员及机器人爱好者参考。

前 言
第1章 概述
1.1 定义与内涵
1.2 协作机器人的发展历程
1.2.1 国外协作机器人的发展
1.2.2 国内协作机器人的发展
1.3 协作机器人兴起的原因与关键技术
1.3.1 传统机器人的不足
1.3.2 协作机器人兴起的原因
1.3.3 协作机器人的关键技术
1.4 协作机器人的优点和局限性
1.4.1 协作机器人的优点
1.4.2 协作机器人的局限性
1.5 主要应用领域及未来前景
1.5.1 协作机器人的应用领域
1.5.2 协作机器人的未来前景
1.6 本章小结
思考与练习
第2章 协作机器人核心零部件
2.1 协作机器人的产业链构成
2.1.1 协作机器人产业链概况
2.1.2 协作机器人上游——零部件
2.1.3 协作机器人中游——本体制造
2.1.4 协作机器人下游——系统集成
2.2 协作机器人的电动机与伺服驱动器
2.2.1 伺服电动机制造行业供需平衡分析
2.2.2 伺服电动机行业的格局分析
2.3 减速器
2.3.1 减速器行业的供需平衡分析
2.3.2 减速器技术分析
2.3.3 减速器制造行业竞争格局分析
2.4 协作机器人的模块化、一体化关节
2.4.1 一体化柔顺关节模块技术
2.4.2 关节伺服参数智能化辨识系列技术
2.4.3 自适应模型跟随速度控制
2.5 协作机器人的感知系统
2.5.1 编码器
2.5.2 机器视觉
2.5.3 碰撞检测
2.5.4 力觉传感器
2.6 本章小结
思考与练习
第3章 协作机器人运动学建模
3.1 概述
3.2 齐次坐标与齐次坐标变换
3.2.1 空间位姿描述
3.2.2 齐次坐标与变换矩阵
3.2.3 齐次坐标变换
3.3 RPY角与欧拉角
3.3.1 RPY角
3.3.2 欧拉角
3.3.3 其他位姿表示方式
3.4 机器人连杆 DH 参数及其坐标变换
3.4.1 DH 参数法
3.4.2 连杆之间的坐标变换
3.5 协作机器人运动学
3.5.1 协作机器人正运动学
3.5.2 协作机器人逆运动学
3.6 协作机器人运动学方程实例
3.6.1 遨博i5协作机器人正运动学求解
3.6.2 遨博 i5协作机器人逆运动学求解
3.7 协作机器人URDF文件
3.7.1 URDF文件简介
3.7.2 URDF文件编写实例
3.8 本章小结
思考与练习
第4章 协作机器人微分运动与动力学分析
4.1 协作机器人的微分运动
4.2 协作机器人的雅可比矩阵分析
4.2.1 定义及求解方法
4.2.2 雅可比矩阵求解实例
4.3 协作机器人动力学建模和仿真
4.3.1 引言
4.3.2 牛顿-欧拉方程
4.3.3 拉格朗日方程
4.3.4 二连杆机构动力学应用举例
4.4 协作机器人动力学建模实例
4.5 本章小结
思考与练习
第5章 协作机器人拖动示教与编程
5.1 协作机器人拖动示教简介
5.2 协作机器人的坐标系设定与轨迹规划
5.2.1 协作机器人坐标系设定
5.2.2 协作机器人的轨迹规划
5.3 协作机器人轨迹的实时生成
5.4 协作机器人拖动示教的实现
5.4.1 协作机器人拖动示教的实现技术
5.4.2 协作机器人示教轨迹的修正
5.4.3 协作机器人拖动示教的过程举例
5.5 协作机器人的离线编程
5.6 本章小结
思考与练习
第6章 协作机器人控制系统和控制方法
6.1 协作机器人的控制系统与控制方式简介
6.1.1 协作机器人控制系统的特点
6.1.2 协作机器人控制系统的基本功能
6.1.3 协作机器人的控制方式
6.1.4 协作机器人控制系统的基本组成
6.2 协作机器人的位置控制
6.2.1 单关节位置控制
6.2.2 多关节位置控制
6.3 协作机器人的力控制
6.3.1 协作机器人的柔顺控制
6.3.2 柔顺力控制的实现方法
6.4 协作机器人经典力控制算法
6.4.1 协作机器人的阻抗控制
6.4.2 协作机器人的力-位混合控制
6.5 协作机器人拖动示教的零力控制
6.6 本章小结
思考与练习
第7章 协作机器人 机器视觉的融合与应用
7.1 视觉应用简介
7.1.1 基本概念
7.1.2 机器视觉系统的构成和分类
7.1.3 数字图像处理技术简介
7.1.4 协作机器人结合视觉的主要应用领域
7.2 协作机器人视觉应用的原理及流程
7.2.1 协作机器人 机器视觉应用的基本概述
7.2.2 协作机器人 机器视觉应用的关键技术
7.3 协作机器人视觉定位抓取应用
7.3.1 协作机器人 机器视觉定位抓取系统介绍
7.3.2 定位抓取的主要分类
7.3.3 常见的定位抓取应用场景案例
7.3.4 协作机器人 机器人视觉定位抓取的总结
7.4 协作机器人视觉分拣的应用
7.4.1 协作机器人视觉分拣系统概要
7.4.2 视觉分拣的主要应用类型
7.4.3 视觉分拣的主要应用案例
7.5 手机屏幕边缘缺陷检测的应用案例
7.5.1 方案背景
7.5.2 需求目标
7.5.3 分拣方案架构
7.5.4 视觉检测算法方案
7.5.5 方案效果
7.6 牛奶包装袋 OCR 检测的应用案例
7.6.1 方案背景
7.6.2 需求目标
7.6.3 方案架构
7.6.4 视觉检测算法方案
7.7 本章小结
思考与练习
第8章 协作机器人若干核心关键技术
8.1 协作机器人的本体设计与优化
8.1.1 协作机器人的机械结构优化
8.1.2 协作机器人的轻量化
8.1.3 协作机器人的一体化关节
8.2 协作机器人的感知与控制技术
8.2.1 协作机器人的传感器
8.2.2 协作机器人的运动控制技术
8.3 协作机器人的人机协作技术
8.4 协作机器人的自学习技术
8.5 协作机器人的实时操作系统及上层编程软件
8.6 协作机器人的数字孪生/ 数字驱动技术
8.7 本章小结
思考与练习
第9章 协作机器人系统集成与应用案例
9.1 协作机器人集成应用平台
9.1.1 集成应用平台的构成及功能特点介绍
9.1.2 集成应用平台的组成与功能模组
9.1.3 末端执行工具
9.2 协作机器人用于机床上、下料
9.2.1 常见的机床上、下料形式
9.2.2 机床上、下料协作机器人解决方案
9.3 协作机器人用于搬运码垛
9.3.1 工业码垛机器人
9.3.2 协作机器人码垛的优势
9.3.3 协作机器人码垛方案
9.3.4 协作机器人码垛设计原则
9.3.5 协作机器人码垛工艺包
9.4 协作机器人用于焊接
9.4.1 协作机器人焊接执行机构
9.4.2 协作机器人焊接应用示范
9.5 复合移动机器人
9.5.1 复合移动机器人设计方案
9.5.2 复合移动机器人的优势
9.5.3 复合移动机器人的发展情况
9.6 本章小结
思考与练习
第10章 协作机器人发展趋势与展望
10.1 协作机器人与新一代智能技术的融合发展
10.1.1 与 AI 技术的融合发展
10.1.2 与云计算、 大数据技术的融合发展
10.1.3 与 AR/ VR 技术的融合发展
10.1.4 与 AGV/ AMR 的融合发展
10.2 协作机器人的核心技术要素
10.2.1 安全性
10.2.2 易用性
10.2.3 灵活性
10.3 协作机器人的技术创新发展趋势
10.3.1 机器人结构仿生化
10.3.2 感知融合化
10.3.3 认知系统化
10.3.4 决策智能化
10.4 协作机器人相关软件的发展趋势
10.4.1 操作系统
10.4.2 云服务软件
10.4.3 工具类软件
10.5 协作机器人市场发展趋势
10.5.1 协作机器人应用场景分析
10.5.2 市场发展趋势和前景预测
10.6 本章小结
思考与练习
参考文献

协作机器人融合了新型材料、仿生技术、传感器技术、机械电子技术、自动控制技术、计算机技术、人工智能与互联网等多个领域和多个学科，它突破了传统工业机器人应用的局限性，在人机协作和共融的环境中具有广阔的市场前景，是机器人厂商争相布局的战略产品之一，是我国智能制造、社会发展与民生服务等领域具有战略意义的前沿技术和装备。协作机器人作为机器人大家庭的新成员，在保留机器人作为智能机器具备的感知、决策、交互与执行的功能与特性的同时，拓展了机器人功能内涵中“人”的属性，使机器人具备一定的自主行为和协作能力，使机器人真正成为人的合作伙伴。
随着我国从“制造大国”向“制造强国”不断迈进，机器人在国民经济各个领域的推广应用成为必然趋势。传统工业机器人部署成本高、应用复杂、安全性差，无法满足当前智能制造发展的需求。协作机器人具有轻量化、成本低和安全性高等优点，可在自动化生产线上快速部署、编程和重构，其“人机协作”的应用模式更加符合未来智能制造的数字化、智能化、绿色化和柔性化属性和特征。
协作机器人是智能机器人发展的新的热点和主流方向之一，也是我国机器人企业在世界机器人舞台能否占据一席之地的关键。目前，国内外协作机器人的研发及应用推广发展很快，但也存在安全预测能力有限、示教缺乏智能化、人机协作工艺不够完善、人机协作模式单一等问题，难以适应复杂多变的作业环境，对协作机器人的大规模产业化推广应用提出了挑战。
本书是一本关于协作机器人技术基础入门与相关应用的书籍，旨在引领读者踏进协作机器人学习的大门，培养读者对协作机器人的兴趣，使其了解协作机器人技术的基础知识，推动协作机器人应用的开发，进而促进协作机器人产业和技术更好的发展。