《機器人伺服控制系統(tǒng)及應用技術》是一本理論與實踐緊密結合的圖書，通過9章內(nèi)容，全方位解讀了機器人伺服控制系統(tǒng)的相關知識。從機器人組成開始講解，逐漸引入到機器人的感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，整合電機學、氣壓與液壓控制、機器人機構等與伺服控制系統(tǒng)密不可分的相關技術，從基礎知識到實例應用分析，讓讀者全面系統(tǒng)地學習伺服控制技術。全書核心內(nèi)容包括機器人步進電機控制系統(tǒng)、直流伺服控制系統(tǒng)、交流伺服控制系統(tǒng)、伺服驅(qū)動器與運動控制器、氣動伺服控制系統(tǒng)、液壓伺服控制系統(tǒng)、視覺伺服控制系統(tǒng)等。本書適合機器人、機電一體化專業(yè)的高校師生以及從事制造業(yè)機器人方向相關工作的技術人員閱讀參考。
1.本書全方位解讀機器人伺服控制技術，內(nèi)容非常全面；2.本書邏輯清晰，從機器人機構開始講解，一直到視覺伺服控制；3.本書篇幅大，細節(jié)滿滿，不回避難點；4.本書適合機器人及機電一體化專業(yè)的學生和老師及企業(yè)技術人員閱讀參考。
隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和移動應用等新一輪信息技術的發(fā)展，全球化工業(yè)革命開始提上日程，工業(yè)轉(zhuǎn)型開始進入實質(zhì)階段。在中國，智能制造的提出、《中國制造2025》戰(zhàn)略綱領的出臺，表明國家開始積極行動起來，把握新一輪工業(yè)發(fā)展機遇，實現(xiàn)工業(yè)化轉(zhuǎn)型。
智能制造把制造自動化的概念擴展到更加柔性化、智能化和高度集成化。而機器人是高端智能裝備的代表，被喻為制造業(yè)皇冠頂端的明珠。在傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的過程中，機器人產(chǎn)業(yè)被寄予厚望。2015年世界機器人大會在北京舉行，中國將機器人和智能制造納入了國家科技創(chuàng)新的優(yōu)先重點領域。近年來，政策、資金及許多資源都在迅速向機器人和智能制造傾斜。
伺服系統(tǒng)是高端裝備、智能制造裝備實現(xiàn)自動控制的核心功能部件，機器人的工作表現(xiàn)受伺服系統(tǒng)影響極大，因而精密伺服系統(tǒng)的關鍵性能指標一直都是評價機器人先進性的首要因素。國外先進伺服系統(tǒng)已經(jīng)能夠很好地適應絕大多數(shù)應用的需求，其研發(fā)資源集中在個別高端應用及整體性能提升方面，處于精雕細刻階段。在工業(yè)4.0的大背景下，國產(chǎn)伺服系統(tǒng)任重而道遠，還需努力追趕。
本書結合機器人系統(tǒng)設計實例，介紹機器人伺服控制系統(tǒng)的基本概念及相關應用。全書共分9章：第1章簡要介紹機器人相關的一些背景資料及基本知識；第2章主要介紹機器人系統(tǒng)的組成；第3～5章分別介紹步進電機、直流伺服和交流伺服系統(tǒng)的工作原理及其在機器人開發(fā)中的應用；第6章主要介紹伺服驅(qū)動器和運動控制器的相關原理及應用；第7～8章分別介紹氣動伺服和液壓伺服的基本原理及其在機器人開發(fā)中的應用；第9章主要介紹機器人視覺伺服控制系統(tǒng)相關理論。
本書可供機器人研究開發(fā)及相關從業(yè)人員使用，也可作為高等院校相關專業(yè)師生的教學參考書。
由于作者理論和技術水平所限，本書難免有不妥之處，敬請讀者批評指正。
編著者
第1章緒論1
1.1機器人發(fā)展歷史1
1.2機器人基礎知識4
1.2.1機器人定義4
1.2.2機器人分類4
1.2.3機器人主要參數(shù)8
1.3伺服控制系統(tǒng)10
1.3.1伺服控制系統(tǒng)定義10
1.3.2伺服控制系統(tǒng)發(fā)展歷史10
1.3.3伺服控制系統(tǒng)組成11
1.3.4伺服控制系統(tǒng)性能要求12
1.3.5伺服控制系統(tǒng)分類12
1.3.6伺服控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢15
1.4機器人伺服控制系統(tǒng)17
1.4.1機器人控制系統(tǒng)17
1.4.2機器人控制系統(tǒng)特點17
1.4.3機器人伺服控制系統(tǒng)概述18
第2章機器人組成19
2.1機器人的執(zhí)行機構19
2.1.1機器人本體材料20
2.1.2機器人的臂、腕和手20
2.1.3機器人的移動機構22
2.1.4機器人的軀干27
2.1.5機器人的關節(jié)29
2.2機器人的感知系統(tǒng)31
2.3機器人的控制系統(tǒng)32
2.3.1機器人的控制器32
2.3.2機器人的控制系統(tǒng)結構33
2.3.3機器人的控制系統(tǒng)軟件35
2.3.4機器人專用操作系統(tǒng)35
2.3.5智能機器人控制系統(tǒng)36
2.4機器人的驅(qū)動系統(tǒng)37
2.4.1驅(qū)動方式37
2.4.2驅(qū)動元件38
2.4.3驅(qū)動機構39
2.5機器人的電源系統(tǒng)40
2.5.1電池40
2.5.2直流穩(wěn)壓電源41
第3章機器人步進電機控制系統(tǒng)43
3.1步進電機43
3.1.1步進電機的發(fā)展歷史43
3.1.2步進電機的分類44
3.1.3步進電機的工作原理45
3.1.4反應式步進電機的運行特性49
3.1.5步進電機的操作模式53
3.2步進電機的驅(qū)動電源54
3.2.1驅(qū)動電源的基本要求54
3.2.2驅(qū)動電源組成55
3.2.3驅(qū)動器的使用62
3.3步進電機的控制64
3.3.1步進電機的開環(huán)控制64
3.3.2步進電機的閉環(huán)控制66
3.3.3步進電機的最佳點位控制66
3.4步進電機的特點及選用原則68
3.4.1步進電機的特點68
3.4.2步進電機的選用原則69
3.5步進電機在機器人中的應用實例分析69
3.5.1變電站軌道式巡檢機器人控制系統(tǒng)設計69
3.5.2玻璃幕墻清洗機器人爬壁裝置及控制系統(tǒng)設計75
第4章機器人直流伺服控制系統(tǒng)84
4.1直流伺服電機84
4.1.1直流伺服電機的發(fā)展歷史84
4.1.2直流伺服電機的工作原理85
4.1.3直流伺服電機的分類86
4.1.4直流伺服電機的控制87
4.1.5直流伺服電機的主要特性89
4.1.6無刷直流伺服電機91
4.2直流伺服電機調(diào)速系統(tǒng)93
4.2.1調(diào)速指標93
4.2.2單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)95
4.2.3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)99
4.3直流伺服電機調(diào)壓調(diào)速技術102
4.3.1晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)102
4.3.2脈寬調(diào)制（PWM）直流調(diào)速系統(tǒng)104
4.4直流伺服電機在機器人中的應用實例分析109
4.4.1電驅(qū)動四足機器人運動控制系統(tǒng)設計109
4.4.2室內(nèi)全向移動機器人系統(tǒng)設計114
4.4.3管道機器人結構設計及其運動控制研究121
第5章機器人交流伺服控制系統(tǒng)129
5.1交流伺服電機129
5.1.1交流伺服電機的發(fā)展歷史129
5.1.2交流伺服電機的分類131
5.1.3交流伺服電機的工作原理132
5.1.4交流伺服電機的運行特性134
5.1.5交流伺服電機的主要性能指標137
5.1.6交流伺服電機的控制方法138
5.2交流伺服系統(tǒng)138
5.2.1交流伺服系統(tǒng)的組成138
5.2.2交流伺服系統(tǒng)的分類139
5.2.3交流伺服系統(tǒng)的性能指標140
5.2.4交流伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢141
5.3交流電機的速度控制142
5.3.1交流電機調(diào)速方法142
5.3.2變頻器146
5.3.3變頻調(diào)速技術151
5.3.4變頻器的選用156
5.4交流伺服電機在機器人中的應用實例分析157
5.4.1桁架式機器人交流伺服系統(tǒng)157
5.4.2基于ARM的碼垛機器人關節(jié)伺服系統(tǒng)研究169
5.4.3果蔬大棚巡檢機器人移動平臺的設計及關鍵技術研究177
第6章伺服驅(qū)動器與運動控制器188
6.1伺服驅(qū)動器188
6.1.1伺服驅(qū)動器的發(fā)展歷史188
6.1.2伺服驅(qū)動器的工作原理189
6.1.3伺服驅(qū)動與變頻驅(qū)動192
6.1.4伺服電機的選用194
6.1.5伺服驅(qū)動器的使用196
6.1.6伺服驅(qū)動器的測試平臺205
6.1.7智能伺服驅(qū)動器206
6.2運動控制器208
6.2.1運動控制系統(tǒng)209
6.2.2運動控制器的發(fā)展211
6.2.3運動控制器的主要功能212
6.2.4運動控制器的分類213
6.2.5運動控制器的設計實例213
6.2.6運動控制卡222
6.3驅(qū)控一體化技術233
6.3.1驅(qū)控一體化技術的發(fā)展234
6.3.2多軸機器人軌跡與伺服一體化控制器設計實例234
第7章機器人氣動伺服控制系統(tǒng)249
7.1發(fā)展概況249
7.1.1氣動技術的發(fā)展249
7.1.2氣動伺服技術的發(fā)展250
7.1.3氣動伺服系統(tǒng)的特點251
7.2氣壓傳動系統(tǒng)251
7.2.1氣源裝置252
7.2.2氣動控制元件254
7.2.3氣動執(zhí)行元件260
7.3氣動伺服系統(tǒng)262
7.3.1氣動伺服系統(tǒng)的形式263
7.3.2基于氣動柔順控制的助餐機械手的研究實例265
7.3.3虛擬現(xiàn)實氣動上肢康復訓練機器人系統(tǒng)研究實例271
第8章機器人液壓伺服控制系統(tǒng)283
8.1液壓技術283
8.1.1液壓系統(tǒng)的發(fā)展283
8.1.2液壓伺服系統(tǒng)的發(fā)展284
8.1.3液壓伺服系統(tǒng)的特點285
8.2液壓伺服系統(tǒng)286
8.2.1液壓控制系統(tǒng)286
8.2.2液壓伺服系統(tǒng)的組成288
8.2.3液壓伺服系統(tǒng)的分類288
8.2.4液壓伺服系統(tǒng)的主要設備289
8.3電液伺服系統(tǒng)291
8.3.1電液伺服系統(tǒng)的組成292
8.3.2電液伺服閥292
8.3.3一種液壓驅(qū)動上肢外骨骼機器人設計實例293
8.3.4液壓四足機器人驅(qū)動控制與行走研究實例308
第9章機器人視覺伺服控制系統(tǒng)315
9.1視覺伺服的發(fā)展315
9.2視覺伺服系統(tǒng)的組成及分類316
9.2.1視覺伺服系統(tǒng)的組成316
9.2.2視覺伺服系統(tǒng)的分類316
9.3視覺伺服系統(tǒng)的應用實例319
9.3.1服務機器人視覺伺服控制方法研究實例319
9.3.2基于視覺伺服的三軸機械裝置控制實例330
參考文獻340
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