1、參考教材：機器人技術(shù)基礎(chǔ)·高教版·劉極峰第一章，緒論：1，機器人發(fā)展1920提出概念1950三原則1954第一個機械手方案的專利1959第一臺工業(yè)機器人誕生20世紀(jì)80年代機器人普遍應(yīng)用我國起步于20世紀(jì)70年代末2，機器人定義：美國機器人協(xié)會：機器人是一種用于移動各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置，通過可編程序動作來執(zhí)行種種任務(wù)，并具有編程能力的多功能機械手。工業(yè)機器人ISO：動作機構(gòu)具有類似于人或其他生物體某些器官的功能；通用性，工作種類多樣性，程序靈活性；智能性；獨立性。3，相關(guān)學(xué)科4，分類開發(fā)內(nèi)容與應(yīng)用：工業(yè)機器人；操縱型機器人（非工業(yè)應(yīng)用）；智能機器人（加入大量傳感器

2、，有類人型和機器智能型）發(fā)展程度：第一代：示教再現(xiàn)；第二代：反饋控制，感知環(huán)境；第三代：多種感知，可做復(fù)雜推理、判斷、決策。性能指標(biāo)：超大型>107N>大型>106N>中型>105N>小型>1N>超小型結(jié)構(gòu)：關(guān)節(jié)型機器人和非關(guān)節(jié)型機器人坐標(biāo)形式：直角坐標(biāo)型；圓柱坐標(biāo)型；球坐標(biāo)型；關(guān)節(jié)坐標(biāo)型控制方式：點位控制空間點到點；連續(xù)軌跡控制驅(qū)動方式：氣力驅(qū)動式；液力驅(qū)動式；電力驅(qū)動式；新型驅(qū)動式（如靜電、壓電、人工肌肉、光驅(qū)動）工作時機座可動性：固定式；移動式5，機器人的組成：三部分：機械部分；傳感部分；控制部分。六個子系統(tǒng)：驅(qū)動系統(tǒng)；機械系統(tǒng)；感知系統(tǒng)；

3、控制系統(tǒng)；機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)；人機交互系統(tǒng)6，機器人參數(shù)：自由度獨立坐標(biāo)軸運動的數(shù)目分辨率編程分辨率和控制分辨率 編程分辨率程序中可設(shè)定的最小距離單位； 控制分辨率位置反饋回路能檢查到的最小位移量。精度機械誤差；控制算法誤差；分辨率系統(tǒng)誤差、重復(fù)定位精度工作范圍/工作區(qū)域空氣人手臂末端或腕部中心能達到的所有點集合。最大工作速度主自由度最大穩(wěn)定速度或末端最大合成速度。承載能力機器人在工作范圍內(nèi)的任何位姿所能承受的最大質(zhì)量。第二章：機器人本體結(jié)構(gòu)1，基本結(jié)構(gòu)：傳動部件、機身及行走機構(gòu)、臂部、腕部、手部。2，結(jié)構(gòu)特點：一般可簡化為各連桿首尾相接、末端無約束的開式連桿系；開式連桿系的每一根連桿都具有

4、獨立驅(qū)動器；連桿驅(qū)動的瞬時過程在時域內(nèi)變化非常復(fù)雜，和執(zhí)行器反饋信號有關(guān)；容易發(fā)生振動。3，材料選擇高強度、彈性模量大、質(zhì)量輕、阻尼大、經(jīng)濟性好。4，機身及臂部結(jié)構(gòu)（1）典型結(jié)構(gòu)：回轉(zhuǎn)與升降機身；回轉(zhuǎn)與俯仰機身（2）驅(qū)動力計算：垂直升降驅(qū)動力Pq：Pq=Fm+Fg±W；Fm為各支撐的摩擦力；Fg為啟動時總慣性力；W為運動部件總重力。回轉(zhuǎn)驅(qū)動力矩Mq：Mq=Mm+Mg；Mm為總摩擦力矩；Mg為各回轉(zhuǎn)運動部件的總慣性力矩，Mg=J0t（3）不卡死條件：偏重力矩懸伸端最大行程且最大抓重時對機身回轉(zhuǎn)軸的靜力矩。偏重臂大小：L=GiLiGi，其中Gi為零部件和工件質(zhì)量；Li為他們到機身回轉(zhuǎn)軸距

5、離。偏重力矩：M=WL平衡條件：FN1、FN2為支撐力，h高度的導(dǎo)套故：FN1h=WL；FN1=FN2=LhW；自由下降條件：WFm1+Fm2=2FN1·f=2LhW·f h2fL（f為導(dǎo)套摩擦系數(shù)）（4）臂部典型機構(gòu)：臂部伸縮機構(gòu)；手臂俯仰運動機構(gòu)；手臂回轉(zhuǎn)與升降機構(gòu)。（5）平衡方法：質(zhì)量平衡法、彈簧平衡法、氣動和液動平衡法。5，腕部及手部結(jié)構(gòu)（1）腕部基本形式和特點驅(qū)動方式直接驅(qū)動、遠程驅(qū)動轉(zhuǎn)動方式滾轉(zhuǎn)R（360°）、彎轉(zhuǎn)B（360°）腕部自由度單、雙、三（2）腕部典型結(jié)構(gòu)單自由度回轉(zhuǎn)運動手腕、雙回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動腕部、齒輪傳動二自由度腕部、液壓直驅(qū)動三自

6、由度手腕、齒輪鏈輪傳動三自由度手腕。（3）手部特點：可拆卸、末端執(zhí)行器、通用性差、獨立部件。（4）手部分類：用途手爪、工具（專用工具，如噴槍）； 夾持原理機械手抓、磁力手抓、真空手爪； 手指或吸盤數(shù)目二指節(jié)及多指節(jié)，單關(guān)節(jié)及多關(guān)節(jié)，單吸盤及多吸盤； 智能化普通爪，智能爪。（5）典型結(jié)構(gòu)：機械手爪驅(qū)動：氣動（廣泛應(yīng)用）、液動、電動、電磁 爪鉗：V型、平面 傳動：平行連桿式手爪、齒輪齒條式手爪、撥桿杠桿式手爪、 滑槽式手爪、重力式手爪 磁力吸盤、真空吸盤（氣流負(fù)壓、擠氣負(fù)壓）、自適應(yīng)吸盤、 異形吸盤圖 1平行連桿式手爪圖 2齒輪齒條式手爪圖 3撥桿杠桿式手爪圖 4滑槽式手爪圖 5重力式手爪圖 6磁

7、力吸盤圖 7真空吸盤圖 8自適應(yīng)吸盤和異形吸盤6，傳動及行走機構(gòu)（1）傳動基本形式和特點關(guān)節(jié)：轉(zhuǎn)動、移動；傳動機構(gòu)：齒輪傳動（行星、諧波傳動）、絲杠傳動（滑動、滾珠、靜壓）、傳動帶和傳動鏈、繩傳動和鋼帶傳動、連桿和凸輪、流體傳動；定位：電氣開關(guān)、擋塊、伺服定位；消隙：消隙齒輪、柔性齒輪、對稱傳動消隙、偏心機構(gòu)、齒廓彈性覆層消隙（2）行走機構(gòu)基本形式和特點固定軌跡、無固定軌跡工業(yè)要求：機器人能夠從一臺機器旁邊移動到另一臺機器旁邊，或在一個需要焊接、噴涂或加工的物體周圍移動、具有承載和避障功能。典型結(jié)構(gòu)：三組輪子的輪系；四組輪子的輪系；兩足步行式機器人、多足機器人、履帶式、特殊式（吸盤、爬行等）。

8、第三章：機器人運動學(xué)1，齊次坐標(biāo)與位姿表示空間任意一點坐標(biāo)：A：AP=PXPYPZT；齊次坐標(biāo)：P=PXPYPZ 1T=abc wTw為比例因子，a=wPx，b=wPy，c=wPz坐標(biāo)軸單位矢量i、j、k，對應(yīng)齊次坐標(biāo)：X=100 0T，Y= 010 0T，Z= 001 0T規(guī)定：w=0則表示方向，w0則表示點位姿表示：動系和靜系在機器人坐標(biāo)系中，運動時相對于連桿不動的坐標(biāo)系為靜系（相當(dāng)于力學(xué)中的整體坐標(biāo)系）；跟隨連桿運動的坐標(biāo)系為動系（相當(dāng)于局部坐標(biāo)系）。動系位置和姿態(tài)的描述成為動系位姿表示，式對動系原點位置及各坐標(biāo)軸方向的描述。舉例1：連桿PQP=X0Y0Z0 1T，動系X'Y&#

9、39;Z'方向用齊次坐標(biāo)表示：n=nxnYnZ0To=oxoYoZ0Ta=axaYaZ0T由此，連桿位姿表示為：d=noaP=nxoxnYoYaxX0aYY0nzoz00azZ001舉例2：手部手部中心點為原點OB，矢量P，關(guān)節(jié)軸為ZB軸（a），T=noaP=nxoxnYoYaxX0aYY0nzoz00azZ001舉例3：目標(biāo)物楔形塊繞Z軸旋轉(zhuǎn)-90°，再沿著X軸方向平移4。8點描述Q=1-100-1122001100111-100-112222111111；Q'=44-11661-10011001144-11661-1221111112，齊次變換旋轉(zhuǎn)；繞坐標(biāo)軸A&#

10、39;=Rot（Z，）ARot（Z，）=c-ssc000000001001Rot（X，）=100c00-s00s00c001；Rot（Y，）=c001s000-s000c001繞一般軸kRot（k，）=kxkxvers+ckYkxvers-kzskxkYvers+kzskYkYvers+ckzkxvers+kYs0kzkYvers-kxs0kxkzvers-kYskYkzvers+kxs00kzkzvers+c001vers=1-cos左右乘原則平移：A點在空間直角坐標(biāo)系下平移變換為A'XA'=XA+X;YA'=YA+Y;ZA'=ZA+Z即：A=Trans（x，

11、y，z）AXA'YA'ZA'1=1001 0X0Y0000 1Z01XAYAZA1該公式同樣適用于坐標(biāo)系變換和物體平移變換3，位姿分析（1）桿件坐標(biāo)系的建立編號：從機座到末端執(zhí)行器由低到高編號，Z軸方向與關(guān)節(jié)軸線平行；末端執(zhí)行器坐標(biāo)：原點為形心。Xn為手指平面的法向，Yn垂直于手指，Zn朝外指向目標(biāo)。各坐標(biāo)系方位確定： 一般法：坐標(biāo)變換方程； DH法：（1）4個參數(shù)2個描述連桿：ai連桿長度、i連桿扭角（Zi-1和Zi夾角）；2個描述相鄰兩桿關(guān)系：di連桿距離（沿著關(guān)節(jié)i軸線兩公垂線距離Xi-1和Xi）、 i連桿夾角（垂直關(guān)節(jié)i軸線兩公垂線夾角Zi-1和Xi-1） （2

12、）對于轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)：i為關(guān)節(jié)變量，其他三個不變； 對于平動關(guān)節(jié)：di為關(guān)節(jié)變量，其他三個不變。（2）連桿坐標(biāo)系間的變換矩陣用Ann-1（或記作An）表示機器人連桿n坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換成連桿n-1坐標(biāo)系的坐標(biāo)的齊次變換矩陣。對于n個關(guān)節(jié)機器人，后一個關(guān)節(jié)向錢一個關(guān)節(jié)的坐標(biāo)齊次變換矩陣分別為：Ann-1，An-1n-2，A10，也就是An，An-1，A1。4，機器人正向運動六連桿機器人運動方程：變換矩陣i-1T6=AiAi+1A6，末端相對與機座的變換陣（T6）0T6=A1A2A6。5，機器人逆向運動n自由度的操作臂運動方程為：nXoXnYoY aXPXaYPYnZoZ00 aZPZ01=A1A2A3A

13、4A5A6左邊為末端位姿，求右側(cè)關(guān)節(jié)變量即為運動學(xué)逆解。特點：多解性和可解性。第四章，機器人動力學(xué)1，機器人雅可比機器人雅可比矩陣簡稱機器人雅可比，揭示了操作空間與關(guān)節(jié)空間的映射關(guān)系。機器人雅克比不僅表示操作空間與關(guān)節(jié)空間的速度映射關(guān)系，也表示二者的力傳遞關(guān)系。定義：將一個關(guān)節(jié)速度矢量q變換為手抓相對基坐標(biāo)的廣義速度矢量v的變換矩陣。二自由度：J=-l1s1-l2s12-l2s12l1s1+l2c12l2c12n自由度：q為廣義關(guān)節(jié)變量。X=X（q1qn）Y=Y（q1qn）Z=Z（q1qn）X=X（q1qn）Y=Y（q1qn）Z=Z（q1qn）J（q）=Xq1Xq2Yq1Yq2 XqnYqnZ

14、q1Zq2Xq1Xq2 ZqnXqnYq1Yq2Zq1Zq2 YqnZqn速度分析：機器人末端在操作空間中的廣義速度v=X=J（q）q，其中q為關(guān)節(jié)在關(guān)節(jié)空間的關(guān)節(jié)速度。J（q）為確定關(guān)節(jié)空間速度與操作空間速度v之間關(guān)系的雅克比矩陣。二關(guān)節(jié)： V=VX VYT=-l1s1-l2s12-l2s12l1s1+l2c12l2c1212=-(l1s1+l2s12)1-l2s122(l1s1+l2c12)1l2c122已知1=f1（t）；2=f2（t），可求手部在某一時刻的瞬時速度2，靜力學(xué)定義變量：fi-1，i及ni-1，i表示i-1桿通過關(guān)節(jié)i作用在i關(guān)節(jié)的力和力矩；mig為連桿i的重量。i桿的靜力

15、平衡：fi-1，i+-fi，i+1+mig=0；ni-1，i+-ni，i+1+ri-1，i+ri，Ci×fi-1，i+ri，Ci×-fi，i+1=0；其中ri，Ci為質(zhì)心相對于坐標(biāo)系i的位置矢量手部關(guān)節(jié)力：F=fn,n+1nn,n+1關(guān)節(jié)力（用廣義力表示）：=12n虛功原理找二者關(guān)系：=JTF3,動力學(xué)（1）歐拉方程牛頓方程，研究構(gòu)件質(zhì)心的運動F=mac；歐拉方程，研究相對于構(gòu)件質(zhì)心的轉(zhuǎn)動M=CI+×CI（為角加速度）（2）拉格朗日方程拉格朗日函數(shù)（Ek為總動能，Ep為總勢能）：L=Ek-Ep；Fi第i坐標(biāo)下的廣義力或力矩：Fi=ddtEkqi-Ekqi+Epqi

16、注意：qi為廣義速度，qi為廣義位移。（3）力學(xué)分析過程選定廣義關(guān)節(jié)變量和廣義力，系統(tǒng)動能和系統(tǒng)勢能計算，拉格朗日方程，系統(tǒng)動力學(xué)方程第五章，軌跡規(guī)劃1，概述（1）機器人軌跡泛指工業(yè)機器人在運動過程中的軌跡，及運動點的位移、速度、加速度。（2）生成或描述軌跡方法：示教再現(xiàn)；關(guān)節(jié)空間運動；空間直線運動；空間曲線運動。（3）涉及問題障礙約束有無路徑約束有離線無碰撞路徑規(guī)劃+在線路徑跟蹤離線路徑規(guī)劃+在線路徑跟蹤無位置控制+在線障礙探測和避障位置控制2，插補法和插值計算（1）點位控制PTP：只要求起、終點位姿、軌跡中間的少數(shù)關(guān)鍵點的幾何限制、最大速度、加速度的限制。 連續(xù)軌跡控制CP：路徑控制。（2

17、）機器人軌跡控制過程圖（3）直線插補直線長度：L=Xe-X02+Ye-Y02+Ze-Z02行程：d=vts各軸增量：X=(Xe-X0)/NY=Ye-Y0/NZ=Ze-Z0/N各插補點坐標(biāo)值：Xi+1=Xi+iX；Yi+1=Yi+iY；Zi+1=Zi+iZi=0，1，N，N=L/d + 1。（4）平面圓弧插補設(shè)v為圓弧軌跡速度，ts為插補時間間隔。由P1P2P3確定R。總圓心角=1+2。1=2arcsin(X2-X1)2+(Y2-Y1)2、2=2arcsin(X3-X2)2+(Y3-Y2)2。角位移=tsv/R。總插補數(shù)：N=/ + 1。插補點坐標(biāo)值Xi+1=Xicos-YisinYi+1=Yicos+Xisini+1=i+。（5）空間圓弧插補、定時定距插補、關(guān)節(jié)空間插補（三次多項式、過路徑點三次多項式、高階、拋物線）略。第六章機器人控制系統(tǒng) 略第七章 機器人語言與匯編1，概述常見編程方法：示教再現(xiàn)、離線編程、機器人語言編程。2，編程語言類型動作級（最低