工业机器人控制技术基础——坐标变换计算与编程郇极_郇极_9787111745686

工业机器人坐标变换计算与编程是工业机器人控制的关键技术,本书通过5种典型结构的工业机器人介绍坐标正变换和逆变换计算方法和程序示例。所选机器人包括6自由度和7自由度的关节式工业机器人,以及6自由度并联工业机器人。每个程序示例都提供了详细的坐标变换公式推导过程和完整的源程序,内容涉及机构学、解析几何、线性代数、数值计算和计算机编程等多方面内容。程序示例使用Java语言编写,可以在安卓操作系统平板计算机或手机上运行。本书介绍的坐标变换计算方法和程序示例也可以应用于实际的工业机器人控制系统。
本书可作为机器人工程、智能制造工程、工业自动化专业“机器人控制技术”及相近课程的本科和研究生教材,也可作为工业机器人控制系统开发人员的参考书。

工业机器人的运动由控制系统控制产生,控制系统的计算机控制程序实现机器人操作工具的位置和姿态的运动控制。应用最广泛的关节式工业机器人或并联机器人通常具有6个或7个自由度,它的运动控制需要完成复杂的坐标逆变换计算,由机器人工具在直角坐标系的位置和姿态计算关节转角。它涉及机构学、解析几何、线性代数、数值计算和计算机编程等多方面内容,是机器人控制的核心关键技术。
作者于2016年开始在北京航空航天大学的数控和伺服技术实验室网站上(www.nc-servo.com)发布自己开发的系列虚拟工业机器人控制程序(PAD ROBOT),这些控制程序可在安卓操作系统手机和平板计算机上运行。目前已发布15种关节式机器人、3种双臂机器人和3种并联机器人的控制程序,以便于进行工业机器人教学和编程练习。其中一种7自由度机器人坐标变换方法和程序被国内著名工业机器人控制器生产厂商采用,应用于实际的工业机器人产品之上。本书选取了其中5种结构工业机器人的坐标逆变换程序作为编程示例,向读者介绍工业机器人控制技术中的坐标逆变换计算方法和编程技术。所选机器人包括6自由度和7自由度的关节式工业机器人,以及6自由度并联工业机器人,通过程序示例,读者可以更容易理解和掌握各种复杂的坐标逆变换计算方法和编程方法。
本书向读者介绍了3种关节式工业机器人坐标逆变换计算方法:
1)几何法:该方法利用机器人结构的几何关系,通过分解位置和姿态变量,完成关节式工业机器人的坐标逆变换计算。
2)牛顿拉普森迭代法 :该方法是一种数值计算方法,本书采用牛顿拉普森迭代法完成6自由度或7自由度关节式机器人坐标逆变换计算方法,包括工业机器人坐标逆变换非线性方程组和雅可比矩阵的构建方法。
3)复合迭代法:该方法是作者研究独创的一种数值计算方法。利用机器人结构的几何关系,分解机器人的位置和姿态变量,通过代数迭代和3元牛顿拉普森方程的复合迭代组合,可以完成所有复杂结构工业机器人的坐标逆变换计算。这种计算方法比直接牛顿拉普森迭代法更加简便。
此外,本书还结合两种方法完成了一种6自由度六杆并联机器人的坐标变换方法和编程:首先用牛顿拉普森迭代法完成坐标正变换计算,然后用几何法完成坐标逆变换计算。
本书的主要内容如下:
1)第1章为概述,介绍了本书的内容概要和特点。
2)第2章介绍工业机器人控制系统软硬件结构和控制系统的控制原理。
3)第3章介绍使用几何法完成一种典型6自由度关节式机器人坐标变换的计算方法和程序示例1。
4)第4章介绍使用几何法完成一种6自由度手腕关节偏移结构机器人坐标变换的计算方法和程序示例2。
5)第5章在第4章的基础上,改变关节J4和J5的旋转轴初始布置方向,介绍使用几何法完成一种6自由度手腕关节偏移结构机器人坐标变换的计算方法和程序示例3。
6)第6章介绍使用牛顿拉普森迭代法完成一种7自由度关节式机器人坐标变换的计算方法和程序示例4。
7)第7章介绍一种六杆并联机器人坐标逆变换计算方法和牛顿拉普森数值迭代坐标正变换计算方法,以及程序示例5。
8)第8章介绍一种6自由度关节式机器人的复合迭代坐标逆变换方法和程序示例6。
9)附录列出了全部程序示例的完整源程序,便于读者学习和进行编程应用。结合本书的理论讲解,读者可以利用本书提供的编程示例,编写自己的坐标变换计算程序并进行验证。本书程序示例是使用Java语言编写的,使用了与C语言相同的指令集,可以直接转换成C语言程序。
书中难免有疏漏和不足之处,敬请各位读者批评指正。
作者前言

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