本书以讲授工业机器人系统综合设计知识和工具应用为目标，在阐述工业机器人运动学、控制算法和机器视觉感知与定位技术的理论基础上，采用案例教学的方法，以工业机器人系统集成创新设计的开放式实践平台为例，贯穿全书(第2~6章)，讲解和演示如何使用虚拟仿真教学平台完成机器视觉识别与定位、运动学控制、机器人视觉控制算法的集成应用，讲述算法和原理，理论与实践结合，探讨工业机器人在自动化产线集成中的应用。全书共6章，主要内容包括工业机器人系统及发展趋势、工业机器人运动学、工业机器人控制算法、机器视觉感知与定位技术、工业机器人自动化产线创新设计和工业机器人系统综合设计创新平台介绍。 　　本书可作为高等院校自动化、机器人工程、电气工程、电子技术等相关专业的教材，也可作为相关企业研发人员、设计人员以及从事工业机器人系统、自动化产线研发、控制系统开发和仿真系统应用等人员的参考书。 　　本书配有电子课件等教学资源，欢迎选用本书作教材的教师登录www.cmpedu.com注册后下载，或发邮件至jinacmp@163.com索取。

高等院校教师

序
前言
第1章工业机器人系统及发展趋势1
1.0绪论1
1.1工业机器人简介1
1.1.1工业机器人的定义1
1.1.2工业机器人的发展历史2
1.1.3工业机器人的应用领域4
1.1.4工业机器人的特点与关键技术5
1.2工业机器人的组成6
1.2.1机械结构6
1.2.2控制系统8
1.2.3通信系统10
1.3工业机器人自动化产线系统11
1.3.1工业机器人自动化产线概述11
1.3.2可编程逻辑控制器12
1.3.3常见的自动化产线13
1.4工业机器人未来发展趋势14
1.4.1智能工业机器人14
1.4.2共融机器人15
1.4.3通用人形机器人15
1.5本书的特点与结构16
1.5.1内容特点16
1.5.2章节内容介绍17
1.5.3章节逻辑关系18
第2章工业机器人运动学19
2.0绪论19
2.1工业机器人运动学基本概念19
2.2工业机器人运动学建模20
2.2.1工业机器人坐标系定义20
2.2.2工业机器人空间描述21
2.2.3连杆描述21
2.2.4描述连杆连接关系22
2.2.5连杆参数23
2.2.6连杆坐标系23
2.3正运动学求解23
2.4逆运动学求解25
2.4.1多重解问题25
2.4.2数值求解法26
2.4.3基于神经网络的逆运动学求解27
2.4.4神经网络Adam优化的机器人逆运动学Python求解举例28
2.5工业机器人运动控制设计案例32
2.5.1任务背景和要求32
2.5.2基于指令的工业机器人轨迹规划与控制32
2.5.3基于算法的机器人正逆运动学编程控制34
2.6基于ROS的机械臂运动控制37
2.6.1机器人操作系统介绍37
2.6.2ROS-Industrial的框架与优势38
2.6.3MoveIt！机械臂运动控制40
2.6.4基于ROS的机械臂运动控制案例44
习题47
第3章工业机器人控制算法49
3.0绪论49
3.1工业机器人位置控制50
3.1.1位置控制基本原理50
3.1.2位置控制实现方式51
3.1.3位置控制优化策略52
3.1.4位置控制案例53
3.2工业机器人力控制54
3.2.1力控制基本原理54
3.2.2力控制实现方式55
3.2.3力控制优化策略55
3.2.4力控制案例56
3.3工业机器人速度控制58
3.3.1速度控制基本原理58
3.3.2速度控制实现方式58
3.3.3速度控制优化策略59
3.3.4速度控制案例60
3.4工业机器人力/位混合控制61
3.4.1力/位混合控制基本原理61
3.4.2力/位混合控制实现方式62
3.4.3力/位混合控制案例62
3.5工业机器人控制算法64
3.5.1PID控制64
3.5.2自抗扰控制69
3.5.3神经网络控制73
3.6工业机器人控制仿真实验76
3.6.1工业机器人PID控制仿真实现76
3.6.2工业机器人力/位混合控制仿真实现78
3.6.3Gazebo和Rviz简介81
3.6.4设计任务与目的84
3.6.5实验设计步骤84
习题87
第4章机器视觉感知与定位技术88
4.0绪论88
4.1典型机器视觉系统88
4.1.1图像获取组件88
4.1.2图像处理软件89
4.1.3传输与显示组件89
4.2机器视觉基本原理90
4.2.1RGB图像灰度化90
4.2.2图像二值化92
4.2.3角点提取93
4.2.4光照补偿94
4.3坐标系及其变换95
4.3.1典型坐标系简介95
4.3.2典型坐标系变换96
4.3.3常用的图像变换模型98
4.4模板匹配算法99
4.4.1模板匹配的意义99
4.4.2距离测度99
4.4.3常用模板匹配算法100
4.4.4基于OpenCV的匹配识别算法101
4.5基于机器学习的图像处理方法103
4.5.1机器学习图像处理流程103
4.5.2基于深度学习的图像目标识别算法105
4.6机器视觉识别与定位算法设计106
4.6.1案例背景与任务106
4.6.2设计内容及步骤107
习题110
第5章工业机器人自动化产线创新设计111
5.0绪论111
5.1工业自动化产线系统111
5.1.1物料处理系统111
5.1.2加工工序112
5.1.3控制系统112
5.1.4检测与质量控制113
5.1.5信息管理系统113
5.1.6工业自动化系统的通信技术114
5.2工业机器人自动化产线类型115
5.2.1电子制造产线115
5.2.2汽车组装产线116
5.2.3多机器人机加工产线117
5.3PLC原理与编程基础117
5.3.1PLC的基本结构与工作原理117
5.3.2PLC编程语言118
5.3.3西门子博途编程基础118
5.3.4电子产线PLC编程案例121
5.4手机壳检测电子产线集成设计案例122
5.4.1设计目的122
5.4.2虚拟PLC与仿真环境通信及调试122
5.4.3手机壳检测电子产线集成设计130
5.5综合创新设计内容135
第6章工业机器人系统综合设计创新平台介绍136
6.0绪论136
6.1平台建设背景136
6.2原理简介与知识点139
6.2.1机器视觉识别与定位139
6.2.2机器人运动学求解140
6.2.3开放式机器人视觉引导控制综合设计140
6.3课程课时与面向学生要求142
6.3.1基于仿真平台独立开设的课程142
6.3.2面向学生要求142
6.3.3仿真所需软件包说明142
6.4教学过程与方法143
6.4.1教学过程143
6.4.2设计方法145
6.4.3线上平台注册与登录146
6.5设计结果与结论要求148
6.5.1过程要求148
6.5.2结果要求149
6.5.3设计报告结论要求150
6.6基础认知与操作150
6.6.1基础认知的目的150
6.6.2操作任务150
6.6.3软件功能简介150
6.6.4硬件系统说明153
6.7基础认知与操作实践内容156
附录UR10常用控制指令说明162
参考文献164