機器人技術實驗指導

“機器人技術基礎實驗”是高等學校機器人工程專業本科生必修的一門重要的專業基礎實踐課程。本書是根據高等學校機器人工程專業本科生“機器人技術基礎”課程大綱規定的實驗項目，結合工業機器人教學設備和現行機器人技術理論教材編寫而成的。本書分為兩部分：基礎篇（實驗1～實驗10）和進階篇（實驗11～實驗20）。基礎篇介紹機器人技術的基礎知識，主要包括機器人系統認知、機器人空間位姿描述、建立連桿坐標系及D-H參數、機器人正運動學、機器人逆運動學、機器人關節空間規劃、機器人笛卡兒空間規劃、機器人雅可比矩陣、機器人動力學、機器人動力學參數辨識。進階篇介紹機器人技術的進階內容，主要包括機器人PID控制、機器人動力學前饋控制、機器人的拖動示教、基於末端力矩傳感器的拖動示教、基於末端力矩傳感器的導納控制、基於末端力矩傳感器的力位混合控制、機器人離線編程、機器人視覺、機器人相機標定及坐標系統、機器人視覺引導抓取。本書附錄主要包括Simulink常用模塊介紹、模擬機器人配置說明、真機輸入/輸出模塊說明、通過MATLAB進行真機操作的步驟、實驗須知和安全標志。本書配有源代碼、實驗報告模板等資源，讀者可登錄華信教育資源網（www.hxedu.com.cn）下載。本書可作為高等學校機器人工程專業的實驗教材，也可作為相關工程技術人員的參考書。

王帥，女，工程師。 2017.4-至今任東北大學機器人科學與工程學院實驗老師，有多年機器人實驗教學經驗，曾任東北大學信息學院實驗老師。

目 錄
基 礎 篇
實驗1 機器人系統認知 3
1．1 實驗原理 3
1．2 實驗內容 12
1．3 註意事項 13
實驗2 機器人空間位姿描述 14
2．1 實驗原理 14
2．2 模擬實驗內容 21
2．3 真機實驗內容 24
2．4 註意事項 25
實驗3 建立連桿坐標系及D-H參數 26
3．1 實驗原理 26
3．2 模擬實驗內容 29
3．3 思考題 31
3．4 註意事項 31
實驗4 機器人正運動學 32
4．1 實驗原理 32
4．2 模擬實驗內容 33
4．3 真機實驗內容 37
4．4 註意事項 39
實驗5 機器人逆運動學 40
5．1 實驗原理 40
5．2 模擬實驗內容 44
5．3 真機實驗內容 45
5．4 註意事項 47
實驗6 機器人關節空間規劃 48
6．1 實驗原理 48
6．2 模擬實驗內容 51
6．3 真機實驗內容 53
6．4 註意事項 55
實驗7 機器人笛卡兒空間規劃 56
7．1 實驗原理 56
7．2 模擬實驗內容 59
7．3 真機實驗內容 61
7．4 註意事項 62
實驗8 機器人雅可比矩陣 63
8．1 實驗原理 63
8．2 模擬實驗內容 66
8．3 真機實驗內容 68
8．4 註意事項 70
實驗9 機器人動力學 71
9．1 實驗原理 71
9．2 模擬實驗內容 74
9．3 真機實驗內容 77
9．4 註意事項 78
實驗10 機器人動力學參數辨識 79
10．1 實驗原理 79
10．2 模擬實驗內容 83
10．3 真機實驗內容 84
10．4 註意事項 86
進 階 篇
實驗11 機器人PID控制 90
11．1 實驗原理 90
11．2 模擬實驗內容 95
11．3 真機實驗內容 98
11．4 註意事項 100
實驗12 機器人動力學前饋控制 101
12．1 實驗原理 101
12．2 模擬實驗內容 103
12．3 真機實驗內容 106
12．4 註意事項 108
實驗13 機器人的拖動示教 109
13．1 實驗原理 109
13．2 模擬實驗內容 111
13．3 真機實驗內容 112
13．4 註意事項 114
實驗14 基於末端力矩傳感器的拖動示教 115
14．1 實驗原理 115
14．2 模擬實驗內容 116
14．3 真機實驗內容 119
14．4 註意事項 121
實驗15 基於末端力矩傳感器的導納控制 122
15．1 實驗原理 122
15．2 模擬實驗內容 124
15．3 真機實驗內容 126
15．4 註意事項 128
實驗16 基於末端力矩傳感器的力位混合控制 129
16．1 實驗原理 129
16．2 模擬實驗內容 133
16．3 真機實驗內容 134
16．4 註意事項 136
實驗17 機器人離線編程 137
17．1 實驗原理 137
17．2 實驗內容 139
17．3 註意事項 143

實驗18 機器人視覺 144
18．1 實驗原理 144
18．2 實驗內容 149
實驗19 機器人相機標定及坐標系統 151
19．1 實驗原理 151
19．2 實驗內容 154
19．3 編程作業 159
實驗20 機器人視覺引導抓取 160
20．1 課程設計 160
20．2 系統調試的過程 161
20．3 代碼實現 161
附錄A Simulink常用模塊介紹 165
附錄B 模擬機器人配置說明 174
附錄C 真機輸入/輸出模塊說明 176
附錄D 通過MATLAB進行真機操作的步驟 178
附錄E 實驗須知 181
附錄F 安全標誌 182