協作機器人實訓教程

《協作機器人實訓教程》旨在引導讀者瞭解機器人領域中更靈活、更安全、更易於操作的協作機器人，簡要介紹了協作機器人的基礎特性、運動學基礎、動力學基礎、運動規劃、運動控制方法等理論知識。本書主要以鬥山協作機械臂為例，介紹了協作機器人的功能特點、軟硬件特徵及多種編程方法，結合作者的協作機器人實踐和競賽培訓經驗，梳理了豐富而易於上手的實訓案例。 本書以圖形化編程方法為開端，逐步引入腳本編程方法，介紹了新穎的遠程連接控制方法，並基於ROS系統編程控制協作機械臂進行模擬和實訓，給出了大量代碼示例，並進行深入解析。實訓示例層次性遞進，逐步提高實訓深度，可引導編程零基礎或機器人零基礎的學生迅速入門並掌握協作機器人的圖形化編程和ROS編程技能，動手實現各種人機交互案例。本書是一本基於機器人應用設計的實踐類教材，結構新穎合理、案例豐富翔實、深入淺出，對學生具有指導意義；本書也是一本跨學科教材，可作為高等學校人工智能、電腦、電子信息、機械電子等相關專業的實訓教程和參考書，也可作為相關工程技術人員的參考書。

目 錄
第一部分　協作機器人概述
第1章　緒論 2
1.1　機器人學 2
1.2　協作機器人 4
第2章　機器人學簡介：建模、規劃和控制 7
2.1　運動學基礎 7
2.1.1　剛體的描述 7
2.1.2　正向運動學 9
2.1.3　逆向運動學 13
2.1.4　微分運動學 15
2.2　關節動力學基礎 18
2.2.1　運動狀態的正向遞推 19
2.2.2　力的反向遞推 19
2.2.3　摩擦力模型 20
2.2.4　動力學模型表示及特性 20
2.3　機器人的運動規劃簡介 21
2.3.1　路徑規劃 21
2.3.2　軌跡規劃 23
2.4　機器人的運動控制方法簡介 27
2.4.1　機器人的位置控制 27
2.4.2　機器人的力控制 28
第3章　協作機器人簡介 30
3.1　協作機器人的優勢和應用 30
3.1.1　優勢 30
3.1.2　應用 31
3.2　協作機器人硬件介紹 32
3.2.1　機器人本體 32
3.2.2　控制箱 32
3.2.3　緊急停止按鈕 33
3.3　協作機器人系統安裝與配置 33
3.3.1　機器人安裝與配置 34
3.3.2　外部設備連接 37
3.3.3　機器人基本參數介紹 38
3.3.4　末端工具安裝 39
3.4　安全性功能設置 40
3.4.1　機器人使用時的註意事項 40
3.4.2　安全停止模式的類型 41
3.4.3　緊急停止 41
第4章　圖形化編程：DART Platform 42
4.1　DART Platform 42
4.1.1　DART Platform的配置和啟動 42
4.1.2　DART Platform的操作界面 43
4.1.3　啟動機器人 44
4.1.4　點動模式 44
4.2　工作單元：機械臂和末端工具設置 48
4.2.1　工作單元 48
4.2.2　機器人設置 52
4.2.3　末端執行器設置 56
4.2.4　末端工具的使用方法 59
4.2.5　機器人其他參數的設置 59
4.2.6　檢查機器人工作日誌 63
4.3　圖形化編程 63
4.3.1　圖形化示教編程功能 63
4.3.2　圖形化編程常用命令 66
第5章　Windows腳本編程：DART Studio 68
5.1　DART Studio總覽 68
5.1.1　窗口顯示與主題 68
5.1.2　更改窗口佈局 69
5.1.3　連接控制器 69
5.1.4　使用模擬器 70
5.2　系統監控 70
5.2.1　監控欄 70
5.2.2　監控窗口 71
5.2.3　圖形窗口 72
5.2.4　運動監控窗口 73
5.3　系統控制 74
5.3.1　機器人配置的一般步驟 74
5.3.2　安全區域概述 75
5.3.3　手動控制 77
5.3.4　故障恢復 78
5.4　腳本命令編程及調試 79
5.4.1　創建項目 79
5.4.2　DRL程序編輯器 80
5.4.3　DRL常用API函數 83
第6章　Linux環境編程：ROS概述 85
6.1　ROS簡介 85
6.2　ROS安裝 85
6.2.1　配置Ubuntu軟件倉庫 85
6.2.2　設置sources.list 85
6.2.3　設置密鑰 86
6.2.4　安裝 86
6.2.5　驗證安裝 86
6.3　ROS基礎模塊 86
6.3.1　安裝和配置ROS環境 86
6.3.2　ROS文件系統導覽 87
6.3.3　創建ROS軟件包 89
6.3.4　理解ROS節點 91
6.3.5　理解ROS話題 93
6.3.6　ROS服務和rosparam 97
6.3.7　使用roslaunch 98
6.3.8　創建ROS消息（msg）文件和服務（srv）文件 100
第二部分　協作機器人編程實訓
第7章　拖動示教編程 104
7.1　拖動示教 104
7.1.1　實訓目的 104
7.1.2　實訓準備 104
7.1.3　實訓原理 104
7.1.4　實訓步驟 105
7.1.5　實訓結果 108
7.1.6　思考與問答 108
7.2　協作機器人點動模式運行 109
7.2.1　實訓目的 109
7.2.2　實訓準備 109
7.2.3　實訓原理 109
7.2.4　實訓步驟 109
7.2.5　實訓結果 115
7.2.6　思考與問答 116
第8章　圖形化編程案例 117
8.1　協作機器人運動控制 117
8.1.1　實訓目的 117
8.1.2　實訓準備 117
8.1.3　實訓原理 117
8.1.4　實訓步驟 117
8.1.5　實訓結果 123
8.2　協作機器人碰撞檢測與空間限制區域 124
8.2.1　實訓目的 124
8.2.2　實訓準備 124
8.2.3　實訓原理 124
8.2.4　實訓步驟 124
8.2.5　思考與問答 127
8.3　協作機器人抓取和碼垛 127
8.3.1　實訓目的 127
8.3.2　實訓準備 127
8.3.3　實訓原理 128
8.3.4　實訓步驟 128
8.3.5　實訓結果 131
8.3.6　思考與問答 131
第9章　腳本編程案例 133
9.1　無線遠程連接控制 133
9.1.1　實訓目的 133
9.1.2　實訓準備 133
9.1.3　實訓原理 133
9.1.4　實訓步驟 134
9.1.5　思考與問答 136
9.2　協作機器人跳舞 136
9.2.1　實訓目的 136
9.2.2　實訓準備 137
9.2.3　實訓原理 137
9.2.4　實訓步驟 137
9.2.5　實訓結果 139
9.2.6　思考與問答 140
9.3　協作機器人力控制 140
9.3.1　實訓目的 140
9.3.2　實訓準備 140
9.3.3　實訓原理 140
9.3.4　實訓步驟 140
9.3.5　力控制：曲面跟蹤 143
9.3.6　實訓結果 144
9.3.7　思考與問答 145
第10章　基於ROS的機器人實訓案例 146
10.1　ROS基礎：編寫簡單的發布者和訂閱者 146
10.1.1　實訓目的與要求 146
10.1.2　實訓原理與步驟 146
10.1.3　實訓結果 149
10.1.4　思考與問答 149
10.2　ROS基礎：編寫簡單的服務和客戶端 149
10.2.1　實訓目的與要求 149
10.2.2　實訓原理與步驟 149
10.2.3　實訓結果 151
10.2.4　思考與問答 151
10.3　協作機器人ROS軟件包認知 152
10.3.1　實訓目的與要求 152
10.3.2　實訓原理與環境配置 152
10.3.3　ROS軟件包認知及代碼解讀 153
10.4　協作機器人抓取 160
10.4.1　實訓目的與要求 160
10.4.2　實訓原理 160
10.4.3　實訓步驟 160
10.4.4　思考與問答 164
10.5　協作機器人數據監測 164
10.5.1　實訓目的與要求 164
10.5.2　實驗步驟 164
10.5.3　實訓結果 168
10.5.4　思考與問答 169
10.6　協作機器人舞蹈 170
10.6.1　實訓目的與要求 170
10.6.2　實訓步驟 170
10.6.3　實訓結果 175
10.6.4　思考與問答 175
參考文獻 176