工业机器人设计与应用 [Design and Application of Industrial Robot] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李瑞峰 著

图书标签:

• 工业机器人
• 机器人技术
• 自动化
• 机械设计
• 控制工程
• 制造
• 智能制造
• 机器人应用
• 工业4
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• 机器人系统

出版社： 哈尔滨工业大学出版社

ISBN：9787560357171

版次：1

商品编码：12108998

包装：平装

丛书名： 机器人先进技术与研究应用系列

外文名称：Design and Application of Industrial Robot

开本：16开

出版时间：2017-01-01

用纸：胶版纸

页数：247

字数

内容简介

　　《工业机器人设计与应用》是作者多年从事工业机器人研发的一些技术总结。针对工业机器人的设计和应用过程，《工业机器人设计与应用》分别从工业机器人的分类、机械系统设计、控制系统设计、机器人测试、机器人编程及应用等方面，为读者介绍了完整的工业机器人开发和应用流程以及应该注意的一些技术问题。
　　《工业机器人设计与应用》可供机器人研发、设计、工程应用的技术人员参考，也可以作为高等院校机械制造工程专业的教师、研究生和本科生的教学参考书。

内页插图

目录

第1章 绪论
1．1 机器人的定义与发展
1．2 工业机器人的分类
1．3 工业机器人的应用
1．4 工业机器人的关键技术
1．5 工业机器人发展现状和趋势
1．6 小结

第2章 机器人运动学及动力学
2．1 机器人运动方程表示
2．2 机器人运动方程求解
2．3 机器人运动分析
2．4 机器人系统动力学
2．5 小结

第3章 工业机器人机械设计及性能测试
3．1 工业机器人的机械系统组成
3．2 机器人关节及自由度
3．3 工业机器人本体材料选择
3．4 机器人传动机构
3．5 典型工业机器人设计
3．6 工业机器人系统性能测试
3．7 小结

第4章 工业机器人驱动与控制
4．1 工业机器人驱动系统
4．2 工业机器人控制系统结构
4．3 机器人控制理论及方法
4．4 机器人控制系统工程实现
4．5 基于IPC的机器人控制系统设计
4．6 小结

第5章 机器人机构及驱动系统优化
5．1 工业机器人优化指标及方法
5．2 面向动态性能的机器人机构系统优化
5．3 面向动态性能的机器人驱动系统优化
5．4 小结

第6章 机器人编程及操作
6．1 机器人编程
6．2 机器人软件设计
6．3 机器人操作
6．4 小结

第7章 典型工业机器人系统应用
7．1 焊接机器人应用
7．2 搬运机器人应用
7．3 喷涂机器人应用
7．4 装配机器人应用
7．5 工业机器人柔性制造线应用实例
7．6 小结

第8章 工业机器人智能应用技术
8．1 工业机器人传感及控制
8．2 视觉传感及应用
8．3 力觉传感及应用
8．4 小结
参考文献
名词索引

前言/序言

　　机器人技术是涉及机械电子、驱动、感知测量、控制、通信和计算机等学科的综合性高新技术，是光、机、电、软一体化研发制造的典型代表。机器人的研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志，是推进传统产业改造升级和结构调整的重要支撑。
　　随着科学技术的发展，机器人的智能水平越来越高，也推动了工业机器人的快速发展。目前，工业机器人已经广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、医疗卫生行业、橡胶及塑料行业、食品行业、物流和制造业等诸多领域。同时，工业机器人也是衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。
　　领导人总书记在2014年6月9日两院院士大会上，对机器人的发展前景进行了预测和肯定，他指出：我国将成为未来全球最大的机器人市场，我们不仅要把我国机器人水平提高上去，而且要尽可能多地占领市场。此次讲话激励了广大工程技术人员研发机器人的热情，预示着我国将掀起机器人技术创新发展的新一轮浪潮。
　　随着中国人口红利的消失以及用工成本的提高，企业对自动化升级的需求越来越迫切，“机器换人”的计划正在大面积推广，目前全国已有40多家机器人产业园，从事机器人研发生产的公司达800多家。2014年中国已经成为世界年采购机器人数量最多的国家，并且是全球最大的机器人市场。社会对从事机器人技术开发的工程技术人员的需求越来越大，但能系统地介绍工业机器人研发的专业技术书籍还不多。本书作者多年从事工业机器人技术研发，先后承担过多项国家数控重大专项、863计划项目中的工业机器人研发课题，具有丰富的工业机器人研发经验，书中的部分机器人实例也是这些国家项目的技术成果。
　　本书除了介绍和讨论机器人学的基本理论外，更加注重机器人的实际设计及工程应用中应该注意的问题和一些关键技术的掌握。书中系统地介绍了工业机器人的基本概念、分类、结构特点、控制技术、编程技术及应用维护技术，并结合实际的典型工业机器人，介绍了机器人的设计、操作、系统集成、现场应用及维护技术。
　　本书由哈尔滨工业大学机器人研究所李瑞峰、葛连正共同撰写，其中第2章、第5章和第8章由葛连正撰写，第1章、第4章、第6章和第7章由李端峰撰写，全书由李瑞峰统稿。本书的撰写工作得到了陈健、仝勋伟、于殿勇、王淑英、吴重阳、郭万金等同志的大力支持与帮助，在此表示衷心感谢。

智能制造的基石：工业机器人技术革新与实践指南 在当今快速发展的制造业浪潮中，效率、精度和柔性已成为企业赢得竞争的关键要素。而工业机器人，作为实现这些目标的核心驱动力，正以前所未有的速度渗透到生产线的每一个环节，深刻地改变着全球制造业的格局。本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探索工业机器人技术的核心原理、发展脉络、前沿应用以及未来的发展趋势，为从业者、研究者和对智能制造感兴趣的读者提供一份详实的技术指南和实践参考。 第一章：工业机器人的演进之路与核心构成 本章将带领读者回顾工业机器人从早期机械臂雏形到如今高度智能化、网络化系统的演变历程。我们将追溯自动化技术的起源，分析工业机器人在不同历史阶段扮演的角色以及技术瓶颈的突破。重点将阐述构成一台工业机器人必不可少的几个关键部分： 本体结构 (Robot Body)： 深入解析不同类型工业机器人的机械结构，如关节型机器人（SCARA, Articulated）、Delta机器人、并联机器人、协作机器人等。我们会详细讲解各关节的自由度、负载能力、工作范围、运动精度等关键参数的意义，以及不同结构在特定应用场景下的优势与局限。材料科学的进步如何影响机器人臂的轻量化和强度提升也将是探讨的重点。 末端执行器 (End-Effector)： 作为机器人与外界交互的关键，末端执行器决定了机器人能够执行的具体任务。本章将详尽介绍各类末端执行器，包括夹爪（机械式、气动式、电磁式）、吸盘、焊接枪、喷涂嘴、检测传感器、以及更复杂的工具集成。我们将分析不同执行器的适用性、抓取原理、力反馈机制以及如何根据工件特性进行选择和定制。 驱动系统 (Drive System)： 机器人运动的动力来源。我们将深入讲解伺服电机、步进电机、液压系统和气动系统在机器人驱动中的应用。重点分析伺服系统的精度控制、响应速度、能耗以及其在实现复杂轨迹运动中的核心作用。齿轮箱、减速器、轴承等传动部件的设计与选型对机器人性能的影响也将一并探讨。 控制系统 (Control System)： 机器人大脑的体现，负责接收指令、处理信息并精确控制执行机构的运动。本章将剖析机器人控制系统的层次结构，包括硬件层（控制器、驱动器、传感器接口）和软件层（运动控制器、任务规划器、人机界面）。我们将详细介绍PID控制、力矩控制、轨迹规划算法（如点对点、连续轨迹、插补算法）以及它们在保证机器人运动平稳、精确和安全方面的关键作用。 传感器系统 (Sensor System)： 赋予机器人“感知”能力。我们将介绍机器人常用的各类传感器，包括位置传感器（编码器、旋转变压器）、力/扭矩传感器、视觉传感器（相机、激光扫描仪）、接近传感器、温度传感器等。重点分析这些传感器如何为机器人提供实时环境信息、实现闭环控制、进行障碍物规避以及进行质量检测。 第二章：工业机器人的核心技术与算法解析 本章将深入探讨支撑工业机器人实现智能化和自主化运行的关键技术和算法。 运动学与动力学 (Kinematics and Dynamics)： 这是机器人学的基础。我们将详细讲解正逆运动学，即如何根据关节角度计算末端执行器的位置和姿态，以及如何反过来计算实现特定末端位姿所需的关节角度。此外，机器人动力学的建模与分析，包括牛顿-欧拉法、拉格朗日法，对于理解机器人运动过程中的惯性力、重力、摩擦力等至关重要，也是实现高精度动态控制的前提。 轨迹规划与插值 (Trajectory Planning and Interpolation)： 如何让机器人按照预设的路径平滑、高效地运动是实际应用中的核心问题。本章将介绍不同类型的轨迹规划方法，包括直线插值、圆弧插值、以及基于样条曲线的平滑插值，并分析其在速度、加速度和加加速度连续性方面的要求。 路径搜索与避障 (Path Search and Obstacle Avoidance)： 在复杂的生产环境中，机器人需要能够自主规划路径并规避障碍物。我们将探讨A算法、RRT（快速探索随机树）等经典路径搜索算法，以及如何结合传感器数据（如激光雷达、深度相机）实现实时动态避障，确保生产过程的安全。 机器人视觉与目标识别 (Robot Vision and Object Recognition)： 视觉系统是机器人与环境交互的重要窗口。本章将详细介绍机器视觉的基本原理，包括图像获取、预处理、特征提取、图像分割。重点将放在目标识别与定位算法，如模板匹配、SIFT、SURF，以及近年来在制造业中得到广泛应用的深度学习方法（如CNN）在目标检测、分类和姿态估计中的应用。 力控与柔顺操作 (Force Control and Compliant Motion)： 许多精密装配、打磨、抛光等任务需要机器人具备“触觉”和“感知”能力，能够对接触力进行精确控制。本章将介绍不同类型的力控策略，如阻抗控制、导纳控制，以及如何利用力/扭矩传感器实现柔顺的碰撞检测和自适应操作。 第三章：工业机器人在关键制造领域的典型应用 本章将聚焦工业机器人在不同制造领域的实际应用案例，展示其为提升生产效率、产品质量和柔性化生产带来的变革。 搬运与码垛 (Material Handling and Palletizing)： 介绍机器人如何替代人工进行物料的抓取、搬运、装卸以及在托盘上的规则码放。重点分析不同类型机器人（如Delta机器人、六轴关节机器人）在高速、大负载搬运场景下的优势，以及码垛路径规划和防碰撞技术。 焊接与切割 (Welding and Cutting)： 机器人焊接（如点焊、弧焊）和切割（如激光切割、等离子切割）是工业机器人最早也是最成熟的应用领域之一。本章将详细介绍机器人轨迹规划在复杂曲面焊接中的应用，以及如何通过精确控制焊接参数（电流、电压、速度）保证焊接质量。 装配与拧紧 (Assembly and Fastening)： 机器人自动化装配是提升生产效率和一致性的关键。我们将探讨机器人在精密零件的拾取、对准、插入以及螺钉的自动拧紧等任务中的应用，以及如何利用视觉引导和力反馈实现高精度装配。 喷涂与打磨 (Painting and Polishing)： 机器人喷涂能够实现均匀、高效的涂层覆盖，而机器人打磨则能保证零件表面质量的一致性。本章将分析机器人如何生成平滑、高效的喷涂或打磨轨迹，以及如何根据表面形状进行自适应调整。 检测与质量控制 (Inspection and Quality Control)： 机器人与视觉检测系统的结合，极大地提高了产品质量检测的效率和准确性。我们将介绍机器人如何将相机引导到产品指定位置进行高精度检测，以及如何通过图像分析发现产品缺陷。 协作机器人 (Collaborative Robots, Cobots)： 作为新兴的机器人形态，协作机器人能够与人类在同一工作空间内安全地协同工作。本章将深入分析协作机器人的安全设计理念、人机交互方式以及其在人机协同装配、包装、检测等场景下的独特价值。 第四章：工业机器人系统的集成与部署 将机器人成功引入生产线需要系统性的集成和周密的部署。 系统集成流程： 详细阐述从需求分析、机器人选型、工作站设计、软件开发、现场调试到最终交付的全过程。 工作站设计原则： 如何根据机器人型号、工艺流程、生产节拍、场地限制等因素，设计高效、安全、符合人体工程学的工作站。 安全设计与防护： 机器人安全是重中之重。本章将详细介绍各种安全防护措施，包括安全围栏、光幕、安全传感器、紧急停止按钮，以及符合相关国际安全标准（如ISO 10218）的设计原则。 通信协议与网络集成： 工业机器人需要与其他生产设备、PLC、MES系统进行数据交互。本章将介绍EtherNet/IP, PROFINET, Modbus TCP等主流工业通信协议，以及如何实现机器人与上位系统的无缝集成。 故障诊断与维护： 了解常见机器人故障及其诊断方法，以及预防性维护和定期保养的重要性，能够最大程度地保障生产线的稳定运行。 第五章：工业机器人的未来展望与挑战 本章将目光投向工业机器人的未来发展方向，以及其面临的机遇与挑战。 智能化与自主化： 深度学习、强化学习等人工智能技术将进一步提升机器人的感知、决策和学习能力，使其能够处理更复杂的非结构化任务。 人机协作的深化： 协作机器人将更加普及，实现更自然、更高效的人机交互，解放人力，提升工作舒适度。 柔性制造与个性化定制： 机器人将成为实现大规模个性化定制的关键，能够快速适应产品变化和生产需求。 机器人即服务 (RaaS)： 探索新的商业模式，降低企业使用机器人的门槛。 面临的挑战： 包括高昂的初始投资、技术人才的短缺、数据安全与隐私问题、以及伦理和社会影响等。 本书旨在为读者构建一个全面、系统的工业机器人技术知识框架，从理论到实践，从基础到前沿，帮助读者深刻理解工业机器人在现代制造业中的核心地位和巨大潜力。通过对本书的学习，读者将能够更好地掌握工业机器人的设计、应用与集成技术，为推动智能制造的发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

天哪，我终于找到了这本书！一直以来，我都对工业机器人那一块儿特别着迷，觉得它们简直是未来工厂的灵魂。每次看到新闻里那些灵活精准搬运、焊接、组装的机器人手臂，我内心都涌起一股冲动，想知道它们是怎么做到的，又能在哪些领域发挥作用。市面上关于机器人技术的书也不少，但很多要么太偏理论，要么就是纯粹的科普，很难找到一本既能深入浅出地讲解设计原理，又能全面展示实际应用的书。这本书的标题《工业机器人设计与应用》一出现，就牢牢抓住了我的眼球。我脑子里已经浮现出它会是一本什么样的书了：会详细讲解各种类型工业机器人的机械结构、控制系统、传感技术，甚至可能包括它们的材料选择和动力学模型。更重要的是，我期待它能带我走进现实世界的工厂，看看这些机器人是怎么被集成到生产线上的，它们在汽车制造、电子产品组装、物流仓储等各个行业里究竟承担着怎样的角色，又是如何提升效率、降低成本、保障安全的。我希望这本书不仅仅是枯燥的技术说明，更能充满案例分析和实际场景的描绘，让我仿佛置身于一个智能化的生产车间，亲身感受工业机器人的强大魅力和无限可能。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我最近在考虑是不是要往工业自动化这个方向转型，毕竟传统制造业的就业前景，懂的都懂。听朋友推荐了这本书，说内容非常扎实，适合我这种想从头开始了解的人。我预设它会是一本从基础概念讲起的书，比如首先会介绍什么是工业机器人，它的基本组成部分，像机械臂、控制器、末端执行器等等。然后，可能会深入到机器人的设计层面，比如如何进行结构设计，怎么选择合适的电机和传动方式，以及如何保证机器人的精度和稳定性。我尤其关心的是控制系统部分，不知道这本书会不会讲解PID控制、轨迹规划、运动学和动力学分析这些核心内容。如果能配上一些图示和简单的算例，那就太完美了。当然，这本书名字里还有“应用”两个字，所以我相信它不会只停留在理论层面，一定会花大量的篇幅去介绍各种工业机器人在不同行业里的实际应用，比如在焊接、喷涂、搬运、装配、检测等方面的具体案例。我特别希望能看到一些成功的企业如何利用机器人来优化生产流程，提高产品质量，以及应对劳动力短缺问题的。这本书要是能给我指明一条清晰的学习路径，那真是太棒了。

评分☆☆☆☆☆

我是一名大学在读的机械工程专业的学生，最近在学习自动化和机器人技术相关的课程，感觉有些地方需要更深入的理解和补充。这本书的标题《工业机器人设计与应用》听起来就像是为我量身定做的。我期待它能是一本集理论知识与实践案例于一体的学习资料。首先，在“设计”方面，我希望它能详细介绍工业机器人的基本构成，包括机械臂、关节、驱动系统、末端执行器等，并讲解它们的设计原理和计算方法。例如，关于运动学，我希望能看到正逆运动学的推导和应用；在动力学方面，我希望能理解机器人的质量、惯性以及如何进行动力学建模。此外，控制系统也是我非常关心的部分，比如PID控制、轨迹规划、PLC与机器人控制器的接口等。更重要的是，“应用”部分，我希望它能提供各种工业机器人实际应用的案例分析，比如在汽车制造、3C电子、新能源等行业中的典型应用。最好能有一些关于机器人系统集成、编程调试、安全防护以及未来发展趋势的探讨，这对我完成毕业设计和未来的职业规划都会有很大的帮助。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在职的工程师，工作内容经常会涉及到与自动化设备打交道，但说实话，对于“工业机器人”这个概念，我感觉自己了解得还不够系统。市面上的一些技术手册太专业了，对初学者不太友好，而一些科普读物又太浅显，满足不了我深入探究的渴望。这本书的出现，让我眼前一亮。我猜想它会是一本非常全面的工业机器人指南，从最基本的原理出发，逐步深入到设计的细节，再到实际的应用场景。我期待它能详细解析各种工业机器人的分类，比如关节型机器人、SCARA机器人、Delta机器人等等，并说明它们的优缺点以及适用范围。在设计部分，我希望能看到关于机器人本体结构、材料选择、载荷计算、运动学和动力学建模方面的详细介绍，最好能结合一些工程实例。更吸引我的是“应用”部分，我希望能看到机器人如何在汽车、电子、航空航天、食品等不同行业中发挥作用，比如在精密装配、危险环境作业、自动化仓储等方面的应用案例。这本书要是能提供一些关于机器人选型、集成和故障排除的经验性建议，那就更好了，这对于我日常的工作会非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

我一直对未来工厂的模样充满好奇，尤其是那些在流水线上高效运作的机器人，它们简直就是现代工业的缩影。这本书的标题《工业机器人设计与应用》正好戳中了我的兴趣点。我设想它会是一本带领读者走进工业机器人世界的“地图册”。它会首先勾勒出工业机器人的宏观图景，介绍它们的历史发展、分类以及在现代工业中的重要地位。然后，它应该会深入到“设计”的精髓，详细阐述构成一个工业机器人所需的关键技术，比如机械臂的运动学和动力学原理，控制系统的算法和实现，传感器的选择和集成，以及如何保证机器人的精度、速度和稳定性。我希望它能用清晰的图解和通俗易懂的语言来解释这些复杂的技术概念。至于“应用”部分，我非常期待它能展示工业机器人在各个领域的实际落地场景，例如在汽车制造中的焊接和总装，在电子产品组装线上的精密操作，在物流中心的自动化分拣和搬运，甚至是医疗手术中的辅助应用。这本书要是能告诉我，这些机器人是如何被“训练”和“部署”的，又是如何与人类协同工作的，那对我来说将是巨大的收获。

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很好

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还不错…………

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很好的一本

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