工业机器人

　　《高等院校计算机系列教材：工业机器人》介绍工业机器人的基础理论、关键技术及工程应用，主要包括工业机器人的数学建模、机械结构、驱动装置、控制方法、运动规划、示教学习、网络控制、作业调度等。读者通过学习本书可以开阔视野，全面、深入地了解和掌握工业机器人的基础知识和相关技术，为今后研究、开发及应用各类工业机器人打下坚实的基础。《高等院校计算机系列教材：工业机器人》内容翔实，注重理论与实践相结合，讲解深入浅出，可读性强。本书可以作为在机械制造、化工生产、包装输送、设备安装、核电维修、道路施工、凿岩采矿、作物栽培、教学科研等各个行业从事工业机器人研究、开发及应用的科研工作者和工程技术人员及高等院校师生的参考书。

　　肖南峰，博士，华南理工大学计算机科学与工程学院“智能计算机”科研团队负责人，教授，博士生导师。先后承担和完成了2项国家自然科学基金项目，2项广东省呼天抢地科学基金重点项目、2项广东省优秀科技专著出版基金项目，以及30多项由教育部、交通运输部、广东省科技厅、广东省教育厅、广州市科信局、华南理工大学、相关企业等资助的研究和开发课题。至今，已在国内外的其名杂志和学术会议上发表了学术论文近160篇，其中被三大索引收录50多篇（次），主编和合编出版了中、英文专著或教材10部，申请或获得发明及实用新型专利10项，软件版权21个。

前　言
作者简介
第1章　概论
　1.1　工业机器人的历史
　1.2　工业机器人的定义
　1.3　工业机器人的种类
　1.4　工业机器人的构成
　1.5　工业机器人的应用
　　1.5.1　制造业机器人
　　1.5.2　采矿业机器人
　　1.5.3　建筑业机器人
　　1.5.4　食品业机器人
　　1.5.5　农林业机器人
　1.6　工业机器人的发展
　习题
第2章　工业机器人数学基础
　2.1　点、直线、平面的齐次坐标
　　2.1.1　点坐标
　　2.1.2　平面坐标
　　2.1.3　直线坐标（Plücker坐标）
　　2.1.4　螺旋坐标
　　2.1.5　点、直线、平面的关系
　　2.1.6　齐次坐标的坐标变换
　2.2　刚体的旋转运动
　　2.2.1　旋转运动的矩阵表现
　　2.2.2　旋转速度与旋转加速度
　2.3　刚体的空间运动
　　2.3.1　空间运动的矩阵表现
　　2.3.2　相对速度与相对加速度
　　2.3.3　速度、加速度矩阵的坐标变换
　2.4　速度和加速度矢量
　　2.4.1　速度和加速度矩阵的矢量表示
　　2.4.2　6维矢量的外积
　　2.4.3　动坐标系上6维矢量的微分
　　2.4.4　速度、加速度矢量的坐标变换
　　2.4.5　表示空间运动的矢量
　2.5　与刚体运动相关的6维矢量
　　2.5.1　刚体的运动量
　　2.5.2　对刚体的作用力与力的
惯量
　习题
第3章　工业机器人体系结构
　3.1　工业机器人的机械结构
　3.2　工业机器人机构学
　　3.2.1　空间内刚体的自由度
　　3.2.2　空间内刚体的约束
　　3.2.3　机构
　　3.2.4　过约束机构
　　3.2.5　多自由度机构
　　3.2.6　多自由度机构的分类
　3.3　工业机器人设计
　3.4　开环机构的运动解析
　　3.4.1　位移解析
　　3.4.2　速度、加速度解析
　3.5　工业机器人控制系统
　　3.5.1　工业机器人的系统构成
　　3.5.2　工业机器人的信号构成
　　3.5.3　机械臂控制部分的构成与规格
　　3.5.4　图像处理部分的构成与参数
　　3.5.5　工业机器人运动学
　习题
第4章　工业机器人操作控制
　4.1　控制系统的总体设计
　　4.1.1　控制系统的硬件构成
　　4.1.2　浏览器/服务器架构和客户机/服务器架构
　　4.1.3　远程控制系统的总体设计
　4.2　工业机器人的操作端输入处理
　　4.2.1　DirectInput技术
　　4.2.2　手柄输入封装模块
　　4.2.3　手柄输入验证程序
　4.3　工业机器人的三维仿真
　　4.3.1　三维仿真技术
　　4.3.2　物体三维模型的建立
　　4.3.3　物体的三维显示技术
　4.4　工业机器人碰撞检测技术
　　4.4.1　三维碰撞检测技术
　　4.4.2　基于球体包装的碰撞检测
　　4.4.3　基于AABB和OBB包装盒的碰撞检测
　　4.4.4　碰撞检测实现
　　4.4.5　实时碰撞检测系统的性能和精确性
　　4.4.6　碰撞检测验证程序
　4.5　视频数据的传输
　　4.5.1　视频的网络传输方案
　　4.5.2　系统中视频通信实现
　　4.5.3　视频传输过程的优化
　　4.5.4　控制命令网络传输协议
　习题
第5章　工业机器人视觉控制
　5.1　装配机器人
　5.2　图像处理算法
　　5.2.1　图像的表现
　　5.2.2　通过特征抽出法处理图像
　　5.2.3　模式匹配法
　　5.2.4　灰度图像处理
　5.3　工业机器视觉控制系统
　　5.3.1　密封定位控制系统
　　5.3.2　视觉传感器的构成
　　5.3.3　二值化
　　5.3.4　搜索窗
　　5.3.5　密封对象的位置和姿势检测
　　5.3.6　视觉反馈控制系统设计
　　5.3.7　采用模糊规则生成位置目标值
　　5.3.8　工业机器人控制系统
　　5.3.9　密封作业实验
　习题
第6章　工业机器人混合控制
　6.1　概述
　　6.1.1　工业机器人控制特征
　　6.1.2　工业机器人控制方法
　　6.1.3　工业机器人路径控制的一般方法
　6.2　工业机器人机构的解析
　　6.2.1　位移解析
　　6.2.2　速度解析
　　6.2.3　力矩解析
　6.3　基于模型的控制
　　6.3.1　模型最优控制方法
　　6.3.2　运动控制
　　6.3.3　上位控制系统
　6.4　工业机器人的力控制
　　6.4.1　基于视觉的位置和力控制
　　6.4.2　视觉与力觉的传感器融合
　　6.4.3　使用视觉信息推导约束坐标系
　　6.4.4　用可变约束坐标矩阵进行混合控制
　　6.4.5　获取人的技能进行目标路径追踪
　　6.4.6　具有力觉的6自由度操作端
　习题
第7章　工业机器人网络控制
　7.1　概述
　　7.1.1　工业机器人远程控制的意义
　　7.1.2　远程控制机器人的现状
　7.2　远程控制机器人存在的主要问题
　　7.2.1　网络时延问题
　　7.2.2　网络时延对远程控制的影响
　　7.2.3　网络时延构成
　　7.2.4　解决网络时延的方法
　7.3　远程控制机器人系统的控制模式
　　7.3.1　网络控制的驱动方式
　　7.3.2　网络机器人的控制方式
　7.4　远程控制机器人系统通信协议
　　7.4.1　TCP/IP协议模型
　　7.4.2　通信协议的选择
　　7.4.3　Socket通信原理
　7.5　虚拟现实与遥操作机器人
　　7.5.1　虚拟现实与遥操作机器人概述
　　7.5.2　虚拟现实技术
　　7.5.3　虚拟现实技术与遥操作机器人
　　7.5.4　三维仿真技术
　7.6　仿真系统的设计与实现
　　7.6.1　仿真系统主要功能结构图
　　7.6.2　客户端主要功能
　　7.6.3　服务器端主要功能
　　7.6.4　系统的逻辑结构设计
　　7.6.5　系统功能设计
　　7.6.6　客户端软件的设计与实现
　　7.6.7　服务器端软件的设计与实现
　　7.6.8　客户端和服务器端通信
　7.7　实验与结果分析
　　7.7.1　实验装置介绍
　　7.7.2　网络时延测试
　　7.7.3　Peg-in-Hole实验
　　7.7.4　机器人仿真控制实验
　　7.7.5　机器人在线控制实验
　　7.7.6　实验结果分析
　习题
第8章　工业机器人调度方法
　8.1　车间调度概述
　　8.1.1　车间调度的分类
　　8.1.2　车间调度规则和性能指标
　　8.1.3　车间调度的发展历程
　8.2　车间作业（JobShop）调度问题
　　8.2.1　JobShop调度问题描述
　　8.2.2　JSSP性能指标
　8.3　基于粒子群优化的问题求解
　　8.3.1　粒子群系统中JSSP问题的表述
　　8.3.2　初始粒子群生成
　　8.3.3　目标函数和适应度函数
　　8.3.4　冗余性与二级编码
　　8.3.5　粒子群系统的更新方式
　　8.3.6　基于粒子群优化求解JSSP问题的流程
　8.4　基于人工免疫系统的问题求解
　　8.4.1　抗体群初始化算法
　　8.4.2　亲和力的计算和调整
　　8.4.3　克隆选择
　　8.4.4　疫苗接种和变异
　　8.4.5　受体编辑
　　8.4.6　基于免疫系统求解JSSP的流程
　8.5　粒子群优化与人工免疫系统求解算法
　8.6　相遇算法和模拟退火求解算法
　　8.6.1　基本蚁群算法的过程
　　8.6.2　相遇算法
　　8.6.3　JobShop问题的图形化定义
　　8.6.4　求解JobShop问题的相遇算法
　　8.6.5　相遇算法与模拟退火求解算法
　习题
参考文献