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刘军 主编 编

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121315800

版次：1

商品编码：12134673

包装：平装

丛书名： 普通高等教育机械类应用型人才及卓越工程师培养规划教材

开本：16开

出版时间：2017-07-01

用纸：胶版纸

页数：234

字数：374400

正文语种：中文

内容简介

本书系统地介绍了工业机器人的基本组成、机械机构、运动学及动力学、控制系统、编程与调试、典型应用、管理与维护等内容。全书共7章，第1章介绍了工业机器人的发展与应用、机器人的组成与分类；第2章介绍了工业机器人的常见机械系统，对其机座、臂部、腕部、末端执行器及传动机构均做了比较详细的介绍；第3章主要介绍了工业机器人的运动学及动力学等数学理论基础；第4章介绍了工业机器人的控制系统；第5章介绍了工业机器人的编程与调试；第6章介绍了工业机器人的典型应用，对几类典型工业机器人的系统组成、周边设备及工作站布局做了较为详细的介绍；第7章介绍了工业机器人的管理与维护。本书每章最后都设计了思考与练习题，便于学生加深对相关知识的理解。

作者简介

刘军教授，郑州科技学院机械工程学院院长，研究方向机械工程学科教材及先进制造技术等，担任全国高校制造自动化研究会理事、河南省农业工程学会理事及农业电气化与自动化专业委员会主任。

目录

目 录
第1章 绪论 1
1．1 工业机器人的定义 1
1．2 工业机器人的发展与应用 2
1．2．1 工业机器人的发展 2
1．2．2 工业机器人的应用 4
1．3 工业机器人的基本组成及技术参数 7
1．3．1 工业机器人的基本组成 7
1．3．2 工业机器人的技术参数 8
1．4 工业机器人的分类 11
本章小结 13
思考与练习 13
第2章 工业机器人的机械系统 14
2．1 工业机器人的手部结构 15
2．1．1 夹持类手部 15
2．1．2 吸附类手部 18
2．1．3 仿人机器人手部 20
2．2 工业机器人的腕部结构 22
2．2．1 腕部的转动方式 22
2．2．2 腕部的分类 23
2．3 工业机器人的臂部结构 26
2．3．1 臂部特点和设计要求 26
2．3．2 臂部机构 27
2．3．3 机身和臂部的配置形式 30
2．4 工业机器人的机身机构 32
2．5 工业机器人的行走机构 34
2．5．1 车轮式行走机构 35
2．5．2 履带式行走机构 36
2．5．3 足式行走机构 37
2．6 工业机器人驱动装置和传动单元 40
2．6．1 驱动装置 40
2．6．2 传动单元 41
本章小结 43
思考与练习题 44
第3章 工业机器人的运动学和动力学 45
3．1 工业机器人运动学 45
3．1．1 齐次坐标及对象物的描述 45
3．1．2 齐次变换及运算 50
3．1．3 工业机器人的连杆参数和齐次变换矩阵 55
3．1．4 工业机器人运动学方程 57
3．2 工业机器人动力学 66
3．2．1 工业机器人速度分析 66
3．2．2 工业机器人静力分析 71
3．2．3 工业机器人动力学分析 74
本章小结 80
思考与练习 80
第4章 工业机器人控制系统 82
4．1 工业机器人控制装置 82
4．1．1 工业机器人控制装置组成和功能 82
4．1．2 工业机器人控制器 88
4．2 工业机器人驱动装置 92
4．2．1 驱动装置类型和组成 92
4．2．2 交流伺服驱动装置 95
4．2．3 液压气动装置的主要设备 98
4．3 工业机器人检测装置 106
4．3．1 工业机器人传感器概述 106
4．3．2 内部传感器 108
4．3．3 外部传感器 113
本章小结 116
思考与练习 117
第5章 工业机器人的编程 118
5．1 工业机器人的编程方式 118
5．2 工业机器人的示教编程 119
5．2．1 ABB工业机器人基本运动指令 120
5．2．2 工业机器人示教编程的基本步骤 122
5．3 工业机器人的编程语言 125
5．3．1 工业机器人语言的发展概况 125
5．3．2 工业机器人的编程要求与语言类型 126
5．4 工业机器人语言系统结构和基本功能 128
5．4．1 工业机器人语言系统的结构 128
5．4．2 工业机器人编程语言的基本功能 129
5．5 常用的工业机器人编程语言 131
5．6 工业机器人的离线编程 132
5．6．1 工业机器人离线编程的特点和主要内容 132
5．6．2 工业机器人离线编程系统的结构 133
5．7 工业机器人的离线编程仿真软件及编程示例 136
5．7．1 ABB工业机器人离线编程仿真软件RobotStudio 136
5．7．2 工业机器人离线编程示例 141
本章小结 153
思考与练习题 153
第6章 工业机器人的典型应用 154
6．1 焊接机器人 154
6．1．1 焊接机器人的分类及特点 155
6．1．2 焊接机器人的系统组成 160
6．1．3 焊接机器人的周边设备与工位布局 168
6．2 搬运机器人 177
6．2．1 搬运机器人的分类及特点 177
6．2．2 搬运机器人的系统组成 181
6．2．3 搬运机器人的周边设备与工位布局 183
6．3 码垛机器人 185
6．3．1 码垛机器人的分类及特点 185
6．3．2 码垛机器人的系统组成 186
6．3．3 码垛机器人的周边设备与工位布局 188
6．4 涂装机器人 192
6．4．1 涂装机器人的分类及特点 192
6．4．2 涂装机器人的系统组成 194
6．4．3 涂装机器人的周边设备与布局 198
6．5 装配机器人 202
6．5．1 装配机器人的分类及特点 202
6．5．2 装配机器人的系统组成 205
6．5．3 装配机器人的周边设备与工位布局 209
本章小结 210
思考与练习题 210
?第7章 工业机器人的管理与维护 215
7．1 工业机器人的管理 215
7．1．1 系统安全和工作环境安全管理 215
7．1．2 主机和控制柜的管理 219
7．2 工业机器人的维护和保养 221
7．2．1 控制装置及示教器的检查 221
7．2．2 机器人本体的检查 222
7．2．3 连接电缆的检查 223
7．2．4 日常维护及保养计划 223
本章小结 224
思考与练习题 224
参考文献 226

前言/序言

前 言

围绕着《中国制造2025》战略规划，智能制造被定位为中国制造的主攻方向。工业机器人是智能装备的重要基础，也是未来实现工业自动化、数字化、智能化的保障。

机器人技术从诞生之日起至今，仅仅半个世纪的时间，已经广泛应用于国民经济及人类生活的各个领域。在现代化的工业生产中，机器人已逐步在焊接、搬运、码垛、喷涂、装配、加工检验等诸多领域充当了生产主力军的作用，已经成为人类不可或缺的得力助手。在人类的日常生活中，机器人也在医疗、家政服务、保安、抢险排爆等方面，逐步改变着我们的生活和生存方式。

工业机器人是典型的机电一体化产品，涉及机械工程、电子技术、计算机技术、自动控制及人工智能等多个学科的知识。随着工业机器人在人类生产和生活中的应用越来越普及，作为“新工科”的大学生和工程技术人员，非常有必要学习和掌握工业机器人相关的专业技术知识。

本书参考有关工业机器人的最新资料和信息，合理设置内容，是以工业机器人的基础性、实用性、共用性为主线，并结合新工科人才培养方向而撰写的。全书共7章，系统地介绍了工业机器人的基本组成、机械机构、运动学及动力学、控制系统、编程与调试、典型应用、管理与维护等内容。

本书内容新颖、系统全面，既有基本理论、基本方法，又有典型应用，理论联系实际，将工业机器人的原理与构造、典型应用、操作与编程、管理与维护等压缩在一本教材里，并且每章都设计了思考与练习题，便于学生加深对相关知识的理解。

本书由郑州科技学院刘军、郑喜贵、张莉、蒋玲玲、邱慧、陈林林共同编写，其中刘军、郑喜贵担任主编，张莉、蒋玲玲担任副主编。具体编写分工如下：刘军编写第1章，张莉编写第2章，邱慧编写第3、7章，陈林林编写第4章，蒋玲玲编写第5章，郑喜贵编写第6章。

本书既可作为高等院校机械设计制造及其自动化、机械电子工程等专业的本科生及机械制造与自动化、机电一体化等相关专业的专科生教学使用，也可供工业机器人领域的教师、研究人员和工程技术人员学习参考。

本书在编写过程中参阅了国内外诸多同行专家学者的机器人技术著作，作者在本书最后的参考文献部分已列出，在此致以诚挚的谢意！郑州科技学院周文玉教授审阅了全书，并提出了许多宝贵的意见和建议，在此表示衷心的感谢！

由于机器人技术的发展日新月异，编者水平有限，本书难以对工业机器人技术进行全面、详细的介绍，书中难免存在不足之处，敬请各位专家和广大读者批评指正，以便进一步提高本书的质量。

编 者

2017年5月

《匠心铸魂：智能制造的时代脉搏》 一、 工业革新浪潮下的思潮涌动 我们正身处一个前所未有的工业变革时代。蒸汽机的轰鸣、电力的闪耀、信息技术的革新，每一次工业革命都深刻地重塑了人类的生产方式和社会结构。而如今，我们正迈入第四次工业革命，即智能制造。这场革命的核心驱动力，是以数据为燃料，以智能为大脑，以互联为神经，旨在构建一个高度自动化、智能化、柔性化的生产体系。 传统的制造模式，往往依赖于大量人力和重复性劳动，效率低下，易受人为因素影响，且难以应对日益多样化和个性化的市场需求。然而，智能制造的到来，彻底打破了这一僵局。它不仅仅是简单的机械化升级，更是一场深层次的系统性变革，涉及技术的融合、模式的创新、人才的转型以及生态的重塑。 在这个转型时期，我们对“效率”、“品质”、“成本”的追求从未停止，但衡量标准和实现路径却发生了根本性变化。智能制造不再仅仅是把产品造出来，而是要以最优化的资源配置，最精准的流程控制，最精细的产品质量，最敏捷的市场响应，来赢得竞争。它赋予了制造业“思考”的能力，让机器不仅能够执行指令，更能理解环境、感知变化，并自主做出决策。 “匠心”二字，在新的时代语境下，被赋予了更深刻的含义。它不再仅指手工的精雕细琢，而是包含了对技术精益求精的追求，对工艺流程的极致优化，对产品性能的不断突破，以及对企业整体智能化水平的持续提升。铸造“匠心”，就是要将这种精神融入到智能制造的每一个环节，从产品设计到生产制造，再到售后服务，都力求完美。 “智能制造的时代脉搏”则形象地描绘了这场变革的 dynamism。它如同强大的心脏，驱动着整个工业体系的跳动，每一次跳动都充满了活力、创新和前进的动力。理解和把握这个脉搏，意味着洞察行业发展的最新趋势，掌握核心技术的发展方向，并积极拥抱变革，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。 本书《匠心铸魂：智能制造的时代脉搏》，正是聚焦于这一宏大的时代背景，深入探讨智能制造的本质、关键要素、发展路径以及其对我们社会和生活产生的深远影响。我们并非简单地罗列技术名词，而是试图勾勒出一幅智能制造的全景图，帮助读者理解这场变革的深层逻辑，感受其磅礴的力量，并从中汲取智慧，为自身的学习、工作和事业发展提供指引。 二、 智能制造的核心图景：不止于自动化 提及智能制造，人们往往首先想到的是自动化。然而，自动化仅仅是智能制造的基石，而非全部。智能制造是一个多维度、多层次的复杂系统，它包含了比自动化更为广泛和深刻的概念。 1. 数据驱动的智慧大脑： 智能制造的核心在于数据的获取、分析与应用。传感器、物联网设备、 MES 系统（制造执行系统）等将生产过程中的海量数据实时采集，并通过大数据分析、人工智能算法进行处理。这些数据不再是简单的记录，而是转化为生产决策的依据，例如预测性维护、工艺参数优化、质量缺陷分析等。一个高效的智能制造系统，就像拥有一个能够“思考”和“学习”的大脑，通过数据反馈不断迭代和优化自身的生产能力。 2. 柔性生产的灵活身躯： 传统的流水线生产模式，在面对多品种、小批量、个性化需求时显得力不从心。智能制造通过模块化设计、可重构的生产线、先进的加工设备和智能调度系统，实现了生产的柔性化。这意味着生产系统能够快速响应市场变化，灵活调整生产计划，高效切换产品型号，甚至实现单件定制的经济性生产。这种“柔韧性”是智能制造赢得市场竞争的关键。 3. 协同共享的互联网络： 智能制造强调的是系统内的互联互通以及与外部生态的协同。从车间内部的设备互联，到企业内部的 IT-OT 融合，再到供应链上下游的协同，乃至与客户、供应商、研发机构的开放合作，都构成了智能制造的互联网络。这种网络化的协同，打破了信息孤岛，实现了资源的优化配置，提升了整体运营效率。 4. 价值链的整体升维： 智能制造的影响力并非局限于生产环节，而是贯穿于产品生命周期的全过程。从产品设计、研发、采购、生产、销售、物流，到售后服务、报废回收，都将智能化、数据化。例如，在产品设计阶段，可以通过仿真模拟提前发现潜在问题；在售后服务阶段，可以实现远程诊断和预测性维修，从而提升客户满意度，创造新的价值增长点。 3. 匠心精神在新时代的传承与升华 “匠心”二字，承载着中华民族在工业领域勤勉不辍、精益求精的传统美德。在智能制造的时代浪潮下，这种精神并未过时，反而被赋予了新的生命力和更广阔的舞台。 1. 技术创新的不懈追求： 工匠的匠心体现在对技术细节的极致打磨，对工艺流程的深入理解，以及对产品性能的不断挑战。在智能制造领域，这种匠心体现在对前沿技术的探索与掌握，例如人工智能算法的优化、新材料的应用、先进传感器的研发等。它要求技术人员不仅要懂得“如何做”，更要懂得“为何如此做”，并通过持续的创新，推动技术的进步。 2. 过程优化的精益求精： 传统的工匠对自己的作品有着高度的掌控感，力求每一个环节都尽善尽美。在智能制造中，这种“精益”的思想被放大到整个生产流程。通过数据分析和可视化工具，工匠精神体现在对每一个生产步骤的精细化管理，对每一个微小偏差的及时纠正，对每一个瓶颈环节的持续改进。最终目标是实现生产过程的最高效率和最佳质量。 3. 质量安全的严苛标准： 工匠对产品质量有着近乎偏执的追求，不容许丝毫的瑕疵。智能制造通过引入先进的质量检测技术、自动化监控系统以及风险评估模型，将这种严苛的标准落到实处。它要求对产品质量进行全生命周期的追溯和管理，确保每一件产品都符合最高标准，满足甚至超越客户的期望。 4. 人才培养的系统工程： 传承匠心精神，在新时代需要新的方式。智能制造不仅需要技术工人，更需要具备跨领域知识、创新能力和协作精神的复合型人才。这意味着我们需要建立更加完善的人才培养体系，从教育培训到在岗实践，都注重培养工匠精神与现代技术相结合的专业人才。 四、 智能制造的时代脉搏：驱动未来的力量 智能制造的脉搏，跳动的是创新，流动的是数据，搏动的是生产力，延伸的是价值。它不仅仅是一场技术革命，更是对传统产业模式的颠覆，对经济发展模式的重塑。 1. 效率的飞跃与成本的优化： 智能制造通过自动化、智能化和精益化管理，极大地提高了生产效率，缩短了生产周期。同时，通过优化资源配置，减少了浪费，降低了生产成本，从而提升了企业的盈利能力。 2. 质量的提升与可靠性的增强： 精准的控制、严密的监控以及可追溯的管理，使得产品质量得到显著提升，产品的一致性和可靠性也大大增强，满足了消费者对高品质产品的需求。 3. 创新的加速与市场响应的敏捷： 柔性化的生产能力使得企业能够快速响应市场变化，推出新产品，满足个性化需求。创新不再受制于固定的生产流程，而是可以更加自由和快速地实现。 4. 产业升级与经济增长的新引擎： 智能制造正在成为推动全球经济增长的新引擎。它不仅能够提升传统制造业的竞争力，还能催生新的产业形态，创造新的就业机会，带动区域经济的协同发展。 5. 可持续发展的绿色脉搏： 智能制造在追求效率的同时，也更加注重节能减排和环境保护。通过对生产过程的精细化管理和资源的循环利用，实现绿色生产，为可持续发展贡献力量。 五、 拥抱变革，共绘智能制造新蓝图 《匠心铸魂：智能制造的时代脉搏》这本书，希望能够成为您理解和把握这场伟大变革的一盏明灯。我们深信，只有深刻理解智能制造的本质，传承和发扬工匠精神，积极拥抱技术创新，我们才能在这场波澜壮阔的工业革命中，抓住机遇，迎接挑战，共同绘制智能制造的美好未来。 这不仅仅是一本书，更是一次思想的启迪，一次行动的号召。让我们携手并进，用匠心铸就智能，以创新驱动未来，共同感受和回应智能制造强劲的时代脉搏。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我赞赏的一点，是它在阐述复杂技术的同时，始终不忘回归到“应用”的本质。我一直觉得，技术的光鲜亮丽最终要体现在解决实际问题上。这本书的每一个应用案例都讲解得非常细致，从客户需求分析、机器人选型、系统集成到后期维护，都进行了深入的探讨。比如，在化工行业的防爆机器人应用，以及在食品行业的卫生级机器人应用，书中都详细分析了特定行业对机器人性能、安全性、材质等方面的特殊要求，以及如何通过技术手段来满足这些需求。此外，书中还讨论了机器人系统的投资回报分析、项目实施中的风险管理以及人才培养等实际问题，这些内容对于想要将机器人技术落地到企业实际生产中的读者来说，简直是“干货满满”。它不只是在“秀肌肉”，而是在切实地告诉你，如何“用好”工业机器人，如何让它们真正为企业创造价值。这本书的整体框架非常清晰，逻辑性强，读起来既有深度又不失广度，对于想要全面了解工业机器人技术及其在各个行业应用的读者来说，绝对是一本不可多得的宝藏。

评分☆☆☆☆☆

哇，刚拿到这本《工业机器人技术及应用》，迫不及待地翻开，就被它的“硬核”内容给镇住了。我一直对自动化生产线上的那些“钢铁侠”们充满了好奇，尤其是它们是如何被赋予智能、如何精确执行任务的。这本书从最基础的机械结构讲起，详细介绍了伺服电机、减速器、关节设计等核心零部件的原理和性能。我以前总以为机器人就是“大力出奇迹”，看了这本书才知道，原来它们内部的精密度和控制算法才是关键。书中列举了大量工业机器人在汽车制造、电子组装、物流仓储等领域的实际应用案例，我看到了那些熟悉的生产线在机器人手臂的精准操作下变得井然有序，效率惊人。比如在汽车焊接领域，机器人手臂可以实现多轴联动，轻松完成各种复杂角度的焊接，不仅提高了焊接质量，还大大降低了人为的危险性。书中对不同类型机器人（如SCARA机器人、Delta机器人、协作机器人）的特点和适用场景做了深入剖析，让我对它们的“性格”和“专长”有了更清晰的认识。对于我这样的初学者来说，这本书简直是打开了新世界的大门，原来工业机器人的世界如此精彩，远不止我想象中的那么简单！

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是工业机器人领域的“百科全书”！我一直对机器人视觉和路径规划技术特别感兴趣，因为觉得这是让机器人“看得见”并“走得对”的关键。这本书在这方面的内容非常扎实，深入浅出地讲解了机器视觉的原理，包括图像采集、特征提取、目标识别、三维重建等等。我特别喜欢它对不同传感器（如CCD相机、CMOS相机、深度相机）的介绍，以及各种图像处理算法的详细讲解，让我对如何让机器“看见”世界有了全新的理解。更让我惊喜的是，书中还花了大量篇幅介绍路径规划算法，比如A算法、Dijkstra算法、RRT算法等，并结合实际的机器人运动控制，展示了这些算法如何帮助机器人安全、高效地在复杂的环境中移动。书中的配图和图表非常丰富，把抽象的算法可视化，大大降低了理解难度。我甚至觉得，这本书的内容即使是给专业的机器人工程师看，也会觉得受益匪浅。它不只是停留在理论层面，而是真正地将技术与实际应用紧密结合，让读者能够清晰地看到技术是如何转化为生产力的。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在自动化领域摸爬滚打多年的工程师，我一直觉得对工业机器人的“大脑”——控制系统和编程——理解得还不够透彻。这本书恰好弥补了我的这一知识盲区。书中对机器人控制器的硬件架构、软件系统进行了详细的介绍，让我了解了PLC（可编程逻辑控制器）与机器人控制器之间的联动机制。更重要的是，它深入探讨了机器人编程的各种方式，从早期的离线编程到现在的在线示教编程，再到更高级的基于模型的编程，都有详尽的描述。我特别关注了书中关于ROS（Robot Operating System）的介绍，虽然没有深入到代码层面，但它清晰地阐述了ROS在机器人开发中的重要作用，以及它如何实现模块化、可重用性的机器人软件开发。书中还讨论了人机协作机器人（Cobot）的编程特点，以及如何确保在与人类共同工作时的安全性。这本书的内容让我对如何“驯服”这些强大的机械臂有了更系统的认识，也为我日后在实际项目中进行机器人集成和二次开发提供了宝贵的参考。

评分☆☆☆☆☆

这本书的“技术前沿”章节，完全击中了我的兴趣点！我一直关注着工业机器人发展的最新动态，特别是关于人工智能、机器学习在机器人领域的应用。这本书在这方面的内容非常前瞻，不仅介绍了机器学习如何用于机器人零件的缺陷检测和质量评估，还探讨了深度学习在提升机器人抓取和搬离复杂物体能力上的潜力。书中还提到了强化学习在机器人运动控制和自主导航方面的研究进展，让我对未来机器人能够实现更高级别的自主性充满期待。除了AI应用，书中对工业物联网（IIoT）与工业机器人融合的论述也相当精彩，它阐述了如何通过IIoT技术，让机器人实现数据的互联互通，从而进行远程监控、故障诊断和预测性维护。读到这里，我感觉仿佛看到了工业4.0时代机器人发展的蓝图，这本书不仅讲解了“是什么”，更揭示了“将往何处去”。它让我看到了工业机器人正在从简单的执行者，逐步演变成能够学习、适应和协同工作的智能伙伴。