机器人系统设计及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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郭彤颖，安冬 编

图书标签:

• 机器人
• 机器人系统
• 机器人设计
• 机器人应用
• 自动化
• 控制系统
• 嵌入式系统
• 人工智能
• 机械工程
• 电气工程

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122254276

版次：1

商品编码：11846487

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-01-01

用纸：胶版纸

页数：150

正文语种：中文

编辑推荐

适读人群 ：从事机电一体化及机器人设计、应用的工程技术人员
　　《机器人系统设计及应用》是我国目前市场上较少的机器人专业图书之一，作者是中国科学院沈阳自动化研究所的郭彤颖教授，在机器人方面做了多年的研究，并参与许多相关的项目，积累了大量的经验。郭彤颖教授的《机器人系统设计及应用》一书的内容主要涉及了机器人的设计及应用两个方面。设计部分简明概括，易于理解，其内容包括机器人运动机构、执行机构、感知系统、控制系统的设计，以及机器人的运动学和动力学的相关知识；应用部分全面生动，实例丰富，主要介绍了工业机器人、移动机器人、特种机器人、服务机器人的应用实例。《机器人系统设计及应用》将现有的机器人技术介绍的非常详细和全面，尤其是介绍了大量典型的机器人工程应用实例，实用性非常强，相信对从事机器人行业的技术人员能产生好的帮助和启发。

内容简介

　　本书系统地介绍了机器人学的基础知识和工作原理，以及设计与应用实例。全书共分8章。主要内容有机器人的定义与分类、基本组成，机器人的技术参数、移动机构和传动机构，机器人的运动学和动力学，机器人的轨迹规划，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设计与应用，点焊、弧焊机器人工作站的设计与应用，后介绍了具有实时显示速度、自动寻迹、避障以及可遥控行驶等功能的智能车的硬件及软件设计实例。　　本书可作为科研工作者和工程技术人员的参考书，也可以作为控制科学与工程、计算机科学与技术等学科研究生或高年级本科生的教材。

作者简介

　　郭彤颖，沈阳建筑大学，副教授，博士毕业于中国科学院沈阳自动化研究所，具有多年在机器人控制及其相关领域的教学和科研经验，先后在国内外重要期刊及学术会议上发表论文与机器人相关论文30余篇，其中EI检索论文10余篇，主持和参加20余项省部级科研项目，具有丰富的实际工程经验。

内页插图

目录

第1章绪论001
1.1机器人的定义与分类001
1.1.1机器人的定义001
1.1.2机器人的分类002
1.2机器人系统的基本组成006
1.2.1机构006
1.2.2驱动系统006
1.2.3感受系统006
1.2.4控制系统009
1.2.5人机交互系统011
1.2.6机器人�不肪辰换ハ低�011
1.3机器人系统的设计方法011
1.4机器人的应用012
第2章机器人的技术参数和机构022
2.1机器人的技术参数022
2.2机器人的移动机构024
2.2.1车轮型移动机构024
2.2.2履带式移动机构026
2.2.3腿足式移动机构028
2.2.4其他形式的移动机构028
2.3机器人的传动机构029
2.3.1丝杠传动029
2.3.2带传动与链传动030
2.3.3齿轮传动机构031
2.3.4谐波传动机构034
2.3.5连杆与凸轮传动035
第3章机器人的运动学036
3.1位置与姿态的描述036
3.2坐标变换038
3.3齐次坐标变换040
3.4机器人正向运动学044
3.4.1正向运动方程的变换矩阵044
3.4.2正向运动方程的求解047
3.5机器人逆向运动学051
3.5.1逆向运动学问题的多解性与可解性051
3.5.2逆向运动方程的求解052
3.6移动机器人的运动学模型060
第4章机器人的动力学063
4.1拉格朗日法063
4.2机器人动力学方程066
4.2.1n自由度机器人操作臂动力学方程066
4.2.2机器人操作臂动力学方程系数的简化069
4.2.3考虑非刚体效应的动力学模型070
4.3动力学仿真071
第5章机器人的轨迹规划072
5.1关节空间描述与直角坐标空间描述072
5.2轨迹规划的基本原理073
5.3关节空间的轨迹规划076
5.4直角坐标空间的轨迹规划081
第6章工业机器人的设计与应用084
6.1焊接机器人084
6.1.1点焊机器人084
6.1.2弧焊机器人087
6.2喷漆机器人095
6.2.1液压喷漆机器人096
6.2.2电动喷漆机器人097
6.3装配机器人099
6.3.1装配机器人的系统组成099
6.3.2装配机器人的常用传感器100
6.3.3装配机器人的多传感器信息融合系统106
6.4洁净机器人与真空机器人106
6.4.1洁净环境和真空环境107
6.4.2洁净机器人107
6.4.3真空机器人108
6.5移动式搬运机器人109
6.5.1自动导引小车系统的组成110
6.5.2自动导引小车的导引方式111
第7章工业机器人工作站的设计与应用114
7.1机器人的应用工程114
7.2机器人工作站的一般设计原则115
7.3点焊机器人工作站120
7.3.1点焊机器人工作站的基本组成120
7.3.2简易点焊机器人的应用121
7.4弧焊机器人工作站122
7.4.1弧焊机器人工作站的基本组成122
7.4.2简易弧焊机器人工作站的编程与控制122
第8章自主移动机器人应用实例124
8.1单片机基础知识124
8.2单片机常用开发软件126
8.3系统硬件设计133
8.3.1直流调速模块133
8.3.2蓝牙遥控模块135
8.3.3红外避障模块136
8.3.4摄像头循迹模块137
8.3.5光电测速模块138
8.3.6速度显示模块139
8.4控制方法及程序设计140
8.4.1串口通信程序140
8.4.2判断命令程序140
8.4.3避障程序141
8.4.4光电测速程序设计142
8.4.5循迹程序设计143
8.4.6路径识别方法145
8.4.7控制方法146
参考文献149

前言/序言

《智能制造的基石：现代工业自动化技术概览》 引言 在工业革命的滚滚浪潮中，自动化技术的进步始终是推动生产力飞跃和产业升级的核心驱动力。从最初的机械化到如今的智能化，工业自动化以前所未有的速度改变着制造业的面貌，深刻影响着全球经济的格局。本文所阐述的《智能制造的基石：现代工业自动化技术概览》并非专注于某单一技术或产品，而是旨在为读者勾勒出一幅宏大而清晰的现代工业自动化技术发展图景，深入剖析其关键组成部分、核心原理、发展趋势及其在不同工业领域中的广泛应用。本书旨在搭建一座坚实的知识桥梁，连接理论与实践，帮助工程师、技术人员、管理人员以及对智能制造感兴趣的各界人士，全面理解自动化技术如何成为支撑现代智能制造体系的不可或缺的基石。 第一章：工业自动化的演进与发展脉络 本章将带领读者回顾工业自动化的发展历程，从蒸汽动力时代的简单机械装置，到电力驱动下的流水线生产，再到电子技术和计算机技术的兴起所催生的可编程逻辑控制器（PLC）和分布式控制系统（DCS）。我们将探讨这些里程碑式的技术突破如何逐步提升生产效率、产品质量和生产柔性。重点将放在20世纪末至今，信息技术与自动化技术的深度融合，以及由此引发的“工业4.0”浪潮，分析其核心理念，如互联互通、数字化转型、智能化决策等，为后续章节奠定历史和理论基础。 第二章：传感器技术：感知世界的“眼睛”与“触角” 自动化系统的首要任务是对生产过程中的物理量进行实时监测和采集。本章将聚焦于工业自动化领域中至关重要的传感器技术。我们将深入介绍各类常用工业传感器的原理、特性、选型依据及其在不同场景下的应用，包括但不限于： 位移传感器： 用于测量线性或角度位移，如光电传感器、电感式传感器、电容式传感器、超声波传感器、激光测距传感器等。 力与压力传感器： 用于测量力、压力、扭矩等，如应变片式传感器、压电传感器、电容式压力传感器等。 温度传感器： 用于测量温度，如热电偶、热电阻（RTD）、红外测温仪等。 液位传感器： 用于测量液体或固体物料的液位，如浮球式、电容式、超声波式、雷达式液位计等。 流量传感器： 用于测量流体的流量，如涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计、质量流量计等。 视觉传感器： 用于图像采集和识别，是机器视觉系统的基础。 此外，本章还将探讨新兴的传感器技术，如MEMS传感器、生物传感器等，以及传感器在网络化和智能化方面的最新进展，例如自校准、自诊断、与物联网（IoT）平台的集成等。 第三章：执行机构：驱动生产流程的“手臂”与“腿脚” 传感器负责“感知”，而执行机构则是实现自动化控制指令、完成实际物理操作的关键。本章将详细阐述工业自动化中常用的各类执行机构： 电机与驱动器： 直流电机与交流电机： 原理、分类、特性及应用。 伺服电机与步进电机： 在精密运动控制中的应用，对比分析其优缺点。 电机驱动器（变频器、伺服驱动器）： 控制电机速度、扭矩、位置的功能，以及与控制系统的接口。 液压与气动系统： 液压元件： 液压泵、油缸、液压马达、阀类（方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀）等，及其在重载、高精度应用中的优势。 气动元件： 气源处理元件、气缸、气动马达、气动阀等，及其在高速、清洁、低成本应用中的优势。 其他执行机构： 如电磁阀、执行器（如线性执行器、旋转执行器）等，在特定控制任务中的应用。 本章还将探讨执行机构的集成与协同工作，以及如何通过先进的控制策略实现更高效、更精确的运动和操作。 第四章：控制系统：自动化流程的“大脑” 控制系统是自动化系统的核心，它接收传感器信号，根据预设的逻辑或算法进行决策，并向执行机构发出指令。本章将深入剖析各类工业控制系统： 可编程逻辑控制器（PLC）： 作为现代工业自动化的“脊梁”，详细介绍PLC的硬件结构（CPU、I/O模块、通信模块）、软件编程（梯形图、指令表、功能块图、结构化文本等）、PLC网络通信（如Modbus, Profibus, Profinet, EtherNet/IP）及其在离散制造、过程控制中的广泛应用。 分布式控制系统（DCS）： 重点介绍DCS在大型复杂过程控制系统（如化工厂、发电厂）中的应用，强调其分散控制、集中监控、高可靠性、易扩展性等特点。 工业PC（IPC）与嵌入式控制系统： 在需要更强计算能力、更灵活编程或更紧凑空间的应用场景下的作用。 运动控制器： 专门用于高精度、多轴同步运动控制的控制器，在自动化设备中的关键作用。 人机界面（HMI）与操作员站： 实现人与自动化系统交互的接口，用于监控、操作和参数设置。 此外，本章还将探讨高级控制理论，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等在工业自动化中的应用，以及现代控制系统在数据采集、诊断与维护方面的新功能。 第五章：通信技术与工业网络：连接万物的“神经系统” 在高度互联的智能制造环境中，有效的通信是实现数据流动、信息共享和协同工作的关键。本章将聚焦于工业自动化领域的通信技术和工业网络： 工业现场总线技术： 串行通信： RS-232, RS-485等基础通信方式。 主流工业以太网： Profinet, EtherNet/IP, EtherCAT, CC-Link IE等，分析其在实时性、带宽、诊断等方面的优势。 无线工业通信： Wi-Fi, LoRa, NB-IoT等在特定场景下的应用。 物联网（IoT）与工业物联网（IIoT）： 探讨IoT和IIoT如何将工业设备、传感器、控制系统连接到云端，实现远程监控、数据分析和智能化管理。 OPC UA： 作为跨平台、面向对象的通信标准，在实现不同厂商设备之间互联互通中的重要作用。 数据采集与传输： 数据采集系统（SCADA）在监控和管理生产过程中的功能。 本章还将讨论工业网络的安全性、可靠性以及未来发展趋势，如5G在工业通信中的潜力。 第六章：机器视觉：赋予机器“看”的能力 机器视觉是实现自动化生产中“看”和“理解”的关键技术，能够实现对产品外观、尺寸、缺陷等的检测与识别。本章将深入探讨机器视觉的原理、组成与应用： 图像采集： 相机（CCD, CMOS）、镜头、光源的选择与应用，以及图像预处理技术（降噪、增强、二值化等）。 图像处理与分析： 特征提取： 边缘检测、角点检测、模板匹配、斑点分析等。 测量与定位： 尺寸测量、角度测量、二维/三维定位。 缺陷检测： 表面缺陷、尺寸偏差、装配错误等的检测。 模式识别与 OCR： 条形码/二维码识别、字符识别（OCR）。 深度学习在机器视觉中的应用： 如何利用神经网络进行更复杂的识别、分类和异常检测任务。 机器视觉在不同行业的应用： 电子产品制造、汽车制造、食品包装、医药生产、物流等。 第七章：工业机器人与自动化装备：实现高度柔性的生产 工业机器人作为高度集成的自动化装备，是实现大规模自动化生产和柔性制造的核心。本章将全面介绍工业机器人的种类、技术与应用： 工业机器人的分类： 关节式机器人、SCARA机器人、Delta机器人、协作机器人（Cobots）等，及其各自的运动学、动力学特性和适用场景。 机器人关键技术： 驱动与控制： 伺服驱动、运动规划、轨迹生成、闭环反馈控制。 末端执行器（End-Effector）： 夹爪、吸盘、焊枪、喷枪等，以及传感器集成。 离线编程与仿真： 提高机器人部署效率和安全性。 人机交互与协作： 协作机器人的安全防护、引导示教等。 机器人应用领域： 焊接、搬运、装配、喷涂、打磨、码垛、检测等。 自动化生产线设计与集成： 如何将机器人、输送带、PLC等设备有机地组合成完整的自动化生产线。 第八章：制造执行系统（MES）与生产管理：连接计划与执行的桥梁 要实现智能制造，仅仅依靠现场的自动化设备是不够的，还需要有效的管理和协同。本章将介绍制造执行系统（MES）及其在现代生产管理中的作用： MES的功能模块： 生产订单管理、物料跟踪与追溯、设备管理与维护、质量管理、过程监控、数据采集与分析、人员管理等。 MES在智能制造中的作用： 实现生产计划的精细化执行，提供实时的生产状态反馈，优化资源配置，提高生产效率和质量。 MES与ERP（企业资源计划）和SCADA（数据采集与监控系统）的集成： 构建完整的企业信息系统。 大数据分析与预测性维护： 利用MES收集的数据进行生产过程分析，实现对设备故障的预测和预防。 第九章：智能制造的未来趋势与挑战 在以上技术的基础上，本章将展望智能制造的未来发展趋势，并探讨其面临的挑战： 人工智能（AI）与机器学习在自动化中的应用： 如自适应控制、智能排产、预测性维护、故障诊断等。 数字孪生（Digital Twin）： 虚拟与现实的融合，实现生产过程的模拟、优化与远程控制。 柔性制造与个性化定制： 自动化系统如何适应小批量、多品种的生产模式。 云制造与边缘计算： 计算资源的优化配置与响应速度的提升。 网络安全与数据隐私： 在互联互通的环境下，如何保障生产数据的安全。 人才培养与技能转型： 应对自动化技术发展对劳动力技能提出的新要求。 结论 《智能制造的基石：现代工业自动化技术概览》旨在为读者提供一个全面、系统、深入的现代工业自动化技术知识体系。通过对传感器、执行机构、控制系统、通信技术、机器视觉、工业机器人、MES等关键技术的详细阐述，本书帮助读者理解这些技术如何相互配合，共同构筑起高效、灵活、智能的现代化生产体系。本书不仅适合工业界的专业人士，也对渴望了解未来制造发展方向的学生、研究者和决策者具有重要的参考价值。掌握这些基石技术，是迈向真正智能制造的关键一步。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我一开始买《机器人系统设计及应用》是冲着“应用”两个字去的，想着能看到很多酷炫的机器人实际应用的案例，比如工厂里的自动化生产线，或者家庭服务机器人之类的。读完之后，它确实满足了我对应用场景的期待，但更让我惊喜的是它对“设计”的深度挖掘。书里不仅仅是罗列了各种机器人应用，而是深入剖析了实现这些应用所需要的关键技术和设计理念。它会详细讲解，为什么某种特定的传感器适合用于避障，而另一种则更适合于物体抓取；为什么不同的控制算法在面对不同环境时会有不同的表现；以及如何在有限的资源下，平衡机器人的性能、成本和功耗。我特别印象深刻的是，书中关于“模块化设计”和“可扩展性”的讨论，这对于构建复杂系统来说至关重要。它教会我如何将一个大的系统分解成小的、易于管理的模块，以及如何设计接口，以便将来能够方便地升级或替换其中的某个部分。这种系统性的思考方式，让我对如何从零开始构建一个功能完善的机器人有了更清晰的认识，不仅仅是零散的知识点，而是一个完整的知识体系。

评分☆☆☆☆☆

这本《机器人系统设计及应用》真是让我大开眼界，虽然我当初买它主要是出于对自动化技术的好奇，想了解一下现在机器人技术到底发展到了哪一步，但读完之后，才发现这书远不止是“看看热闹”。它不是那种只讲概念、摆弄图示的科普读物，而是真的从“如何把一个想法变成一个能动的东西”这个角度切入，特别接地气。它不像某些书上来就给你一堆复杂的数学公式，而是循序渐进，从基础的机械结构、驱动方式讲起，然后慢慢过渡到传感器的选择、信号的处理，再到核心的控制算法。我尤其喜欢它在讲到具体案例的时候，会详细分析每个模块的设计思路和权衡取舍，比如为了实现某个特定的运动轨迹，需要考虑哪些电机、减速器，它们之间的配合度怎么样，功耗如何。甚至连线缆的布局、散热的设计，都给出了切实可行的建议。这让我感觉，书里讲的不是什么高高在上的理论，而是工程师们在实际工作中会遇到的真实问题，以及他们是如何一步步解决的。对于我这种对硬件和软件都想有所了解的初学者来说，这本书提供了一个非常好的知识体系框架，让我知道了一个完整的机器人系统到底是怎么构建起来的，感觉打开了一个全新的世界。

评分☆☆☆☆☆

这本书《机器人系统设计及应用》带给我的，是一种从“点”到“面”再到“整体”的认知升华。我原本以为机器人技术离我非常遥远，是实验室里或者科幻电影里的东西，但这本书用一种非常务实的态度，将复杂的概念变得触手可及。它没有回避技术细节，比如关于电机的选型、编码器的精度、舵机的响应时间，甚至连PCB板的设计和信号的布线都会涉及到。但它又不像纯粹的技术手册那样枯燥，而是通过大量的实例和图示，将这些细节融入到具体的应用场景中，让你能直观地理解它们的重要性。我印象最深的是，书中关于“用户交互”的设计部分，它没有停留在简单的按钮和屏幕，而是探讨了如何通过语音、手势等更自然的方式来与机器人进行交互，这让我看到了机器人技术在未来与人类生活更深层次的融合。总的来说，这本书让我对机器人系统有了从硬件到软件，从理论到实践，从技术到应用的全面认识，仿佛为我打开了一扇通往未来科技世界的大门。

评分☆☆☆☆☆

我之前对《机器人系统设计及应用》这本书的期望，主要是想了解一下机器人是如何“动起来”的。读完后，我发现它的内容远超我的预期，它不仅仅是在讲动作的实现，更是在构建一个“思考”的机器。书中在“应用”的部分，有很多关于机器人在不同场景下如何进行决策和规划的案例，让我大开眼界。例如，在讲解自主导航的时候，它详细阐述了SLAM（同步定位与地图构建）技术的原理，以及如何利用传感器数据来构建环境地图并规划最优路径。在讲解机器人的“智能”方面，它也涉及到了机器学习和深度学习在机器人感知和控制中的应用，虽然没有深入到复杂的算法推导，但足以让我理解这些技术是如何赋予机器人“学习”和“适应”能力的。这种从“执行”到“感知”再到“决策”的系统性讲解，让我对机器人系统有了更深刻的理解，不仅仅是一个会动的机械装置，更是一个具有一定智能和自主性的系统。它让我看到了机器人技术在各个领域，从工业生产到日常生活，都蕴藏着巨大的潜力和可能性。

评分☆☆☆☆☆

在我阅读《机器人系统设计及应用》的过程中，最让我感到沉浸和受益匪浅的是它对于“系统集成”这一核心环节的细致描绘。很多技术书籍往往会专注于某个单一的领域，比如专门讲单片机编程，或者专门讲机械设计，但这本书却巧妙地将这些分散的知识点融会贯通，展示了它们是如何在一个完整的机器人系统中协同工作的。它不仅仅是告诉你“怎么做”，更重要的是解释“为什么这么做”。比如，在讲解传感器数据融合的时候，它会深入分析不同传感器之间的误差特性，以及如何通过滤波和算法来提高整体的感知精度。在讲解运动控制的时候，它会详细阐述PID控制器的工作原理，以及如何根据具体应用场景来调整参数以达到最佳的控制效果。更难能可贵的是，书中还涉及到了软件架构的设计，包括如何组织代码、如何进行任务调度，以及如何处理并发等问题。这些内容对于一个想要从根本上理解机器人系统运作原理的人来说，简直是“干货满满”，让我真正体会到“1+1>2”的系统集成效应。

评分☆☆☆☆☆

太薄，没什么实质的内容

评分☆☆☆☆☆

太薄了，讲的比较笼统

评分☆☆☆☆☆

好！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！

评分☆☆☆☆☆

好！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！

评分☆☆☆☆☆

好好好

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书很好，天天看

评分☆☆☆☆☆

很好！！！！！！！！！！！！！！！！！！

评分☆☆☆☆☆

还不错? 喜欢 帮人买的

评分☆☆☆☆☆

还行，参考书，