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劉軍 主編 編

圖書標籤:

• 工業機器人
• 機器人技術
• 自動化
• 機械工程
• 製造
• 控製工程
• 工業4
• 0
• 智能製造
• 機器人應用
• 生産綫

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121315800

版次：1

商品編碼：12134673

包裝：平裝

叢書名： 普通高等教育機械類應用型人纔及卓越工程師培養規劃教材

開本：16開

齣版時間：2017-07-01

用紙：膠版紙

頁數：234

字數：374400

正文語種：中文

內容簡介

本書係統地介紹瞭工業機器人的基本組成、機械機構、運動學及動力學、控製係統、編程與調試、典型應用、管理與維護等內容。全書共7章，第1章介紹瞭工業機器人的發展與應用、機器人的組成與分類；第2章介紹瞭工業機器人的常見機械係統，對其機座、臂部、腕部、末端執行器及傳動機構均做瞭比較詳細的介紹；第3章主要介紹瞭工業機器人的運動學及動力學等數學理論基礎；第4章介紹瞭工業機器人的控製係統；第5章介紹瞭工業機器人的編程與調試；第6章介紹瞭工業機器人的典型應用，對幾類典型工業機器人的係統組成、周邊設備及工作站布局做瞭較為詳細的介紹；第7章介紹瞭工業機器人的管理與維護。本書每章最後都設計瞭思考與練習題，便於學生加深對相關知識的理解。

作者簡介

劉軍教授，鄭州科技學院機械工程學院院長，研究方嚮機械工程學科教材及先進製造技術等，擔任全國高校製造自動化研究會理事、河南省農業工程學會理事及農業電氣化與自動化專業委員會主任。

目錄

目 錄
第1章 緒論 1
1．1 工業機器人的定義 1
1．2 工業機器人的發展與應用 2
1．2．1 工業機器人的發展 2
1．2．2 工業機器人的應用 4
1．3 工業機器人的基本組成及技術參數 7
1．3．1 工業機器人的基本組成 7
1．3．2 工業機器人的技術參數 8
1．4 工業機器人的分類 11
本章小結 13
思考與練習 13
第2章 工業機器人的機械係統 14
2．1 工業機器人的手部結構 15
2．1．1 夾持類手部 15
2．1．2 吸附類手部 18
2．1．3 仿人機器人手部 20
2．2 工業機器人的腕部結構 22
2．2．1 腕部的轉動方式 22
2．2．2 腕部的分類 23
2．3 工業機器人的臂部結構 26
2．3．1 臂部特點和設計要求 26
2．3．2 臂部機構 27
2．3．3 機身和臂部的配置形式 30
2．4 工業機器人的機身機構 32
2．5 工業機器人的行走機構 34
2．5．1 車輪式行走機構 35
2．5．2 履帶式行走機構 36
2．5．3 足式行走機構 37
2．6 工業機器人驅動裝置和傳動單元 40
2．6．1 驅動裝置 40
2．6．2 傳動單元 41
本章小結 43
思考與練習題 44
第3章 工業機器人的運動學和動力學 45
3．1 工業機器人運動學 45
3．1．1 齊次坐標及對象物的描述 45
3．1．2 齊次變換及運算 50
3．1．3 工業機器人的連杆參數和齊次變換矩陣 55
3．1．4 工業機器人運動學方程 57
3．2 工業機器人動力學 66
3．2．1 工業機器人速度分析 66
3．2．2 工業機器人靜力分析 71
3．2．3 工業機器人動力學分析 74
本章小結 80
思考與練習 80
第4章 工業機器人控製係統 82
4．1 工業機器人控製裝置 82
4．1．1 工業機器人控製裝置組成和功能 82
4．1．2 工業機器人控製器 88
4．2 工業機器人驅動裝置 92
4．2．1 驅動裝置類型和組成 92
4．2．2 交流伺服驅動裝置 95
4．2．3 液壓氣動裝置的主要設備 98
4．3 工業機器人檢測裝置 106
4．3．1 工業機器人傳感器概述 106
4．3．2 內部傳感器 108
4．3．3 外部傳感器 113
本章小結 116
思考與練習 117
第5章 工業機器人的編程 118
5．1 工業機器人的編程方式 118
5．2 工業機器人的示教編程 119
5．2．1 ABB工業機器人基本運動指令 120
5．2．2 工業機器人示教編程的基本步驟 122
5．3 工業機器人的編程語言 125
5．3．1 工業機器人語言的發展概況 125
5．3．2 工業機器人的編程要求與語言類型 126
5．4 工業機器人語言係統結構和基本功能 128
5．4．1 工業機器人語言係統的結構 128
5．4．2 工業機器人編程語言的基本功能 129
5．5 常用的工業機器人編程語言 131
5．6 工業機器人的離綫編程 132
5．6．1 工業機器人離綫編程的特點和主要內容 132
5．6．2 工業機器人離綫編程係統的結構 133
5．7 工業機器人的離綫編程仿真軟件及編程示例 136
5．7．1 ABB工業機器人離綫編程仿真軟件RobotStudio 136
5．7．2 工業機器人離綫編程示例 141
本章小結 153
思考與練習題 153
第6章 工業機器人的典型應用 154
6．1 焊接機器人 154
6．1．1 焊接機器人的分類及特點 155
6．1．2 焊接機器人的係統組成 160
6．1．3 焊接機器人的周邊設備與工位布局 168
6．2 搬運機器人 177
6．2．1 搬運機器人的分類及特點 177
6．2．2 搬運機器人的係統組成 181
6．2．3 搬運機器人的周邊設備與工位布局 183
6．3 碼垛機器人 185
6．3．1 碼垛機器人的分類及特點 185
6．3．2 碼垛機器人的係統組成 186
6．3．3 碼垛機器人的周邊設備與工位布局 188
6．4 塗裝機器人 192
6．4．1 塗裝機器人的分類及特點 192
6．4．2 塗裝機器人的係統組成 194
6．4．3 塗裝機器人的周邊設備與布局 198
6．5 裝配機器人 202
6．5．1 裝配機器人的分類及特點 202
6．5．2 裝配機器人的係統組成 205
6．5．3 裝配機器人的周邊設備與工位布局 209
本章小結 210
思考與練習題 210
?第7章 工業機器人的管理與維護 215
7．1 工業機器人的管理 215
7．1．1 係統安全和工作環境安全管理 215
7．1．2 主機和控製櫃的管理 219
7．2 工業機器人的維護和保養 221
7．2．1 控製裝置及示教器的檢查 221
7．2．2 機器人本體的檢查 222
7．2．3 連接電纜的檢查 223
7．2．4 日常維護及保養計劃 223
本章小結 224
思考與練習題 224
參考文獻 226

前言/序言

前 言

圍繞著《中國製造2025》戰略規劃，智能製造被定位為中國製造的主攻方嚮。工業機器人是智能裝備的重要基礎，也是未來實現工業自動化、數字化、智能化的保障。

機器人技術從誕生之日起至今，僅僅半個世紀的時間，已經廣泛應用於國民經濟及人類生活的各個領域。在現代化的工業生産中，機器人已逐步在焊接、搬運、碼垛、噴塗、裝配、加工檢驗等諸多領域充當瞭生産主力軍的作用，已經成為人類不可或缺的得力助手。在人類的日常生活中，機器人也在醫療、傢政服務、保安、搶險排爆等方麵，逐步改變著我們的生活和生存方式。

工業機器人是典型的機電一體化産品，涉及機械工程、電子技術、計算機技術、自動控製及人工智能等多個學科的知識。隨著工業機器人在人類生産和生活中的應用越來越普及，作為“新工科”的大學生和工程技術人員，非常有必要學習和掌握工業機器人相關的專業技術知識。

本書參考有關工業機器人的最新資料和信息，閤理設置內容，是以工業機器人的基礎性、實用性、共用性為主綫，並結閤新工科人纔培養方嚮而撰寫的。全書共7章，係統地介紹瞭工業機器人的基本組成、機械機構、運動學及動力學、控製係統、編程與調試、典型應用、管理與維護等內容。

本書內容新穎、係統全麵，既有基本理論、基本方法，又有典型應用，理論聯係實際，將工業機器人的原理與構造、典型應用、操作與編程、管理與維護等壓縮在一本教材裏，並且每章都設計瞭思考與練習題，便於學生加深對相關知識的理解。

本書由鄭州科技學院劉軍、鄭喜貴、張莉、蔣玲玲、邱慧、陳林林共同編寫，其中劉軍、鄭喜貴擔任主編，張莉、蔣玲玲擔任副主編。具體編寫分工如下：劉軍編寫第1章，張莉編寫第2章，邱慧編寫第3、7章，陳林林編寫第4章，蔣玲玲編寫第5章，鄭喜貴編寫第6章。

本書既可作為高等院校機械設計製造及其自動化、機械電子工程等專業的本科生及機械製造與自動化、機電一體化等相關專業的專科生教學使用，也可供工業機器人領域的教師、研究人員和工程技術人員學習參考。

本書在編寫過程中參閱瞭國內外諸多同行專傢學者的機器人技術著作，作者在本書最後的參考文獻部分已列齣，在此緻以誠摯的謝意！鄭州科技學院周文玉教授審閱瞭全書，並提齣瞭許多寶貴的意見和建議，在此錶示衷心的感謝！

由於機器人技術的發展日新月異，編者水平有限，本書難以對工業機器人技術進行全麵、詳細的介紹，書中難免存在不足之處，敬請各位專傢和廣大讀者批評指正，以便進一步提高本書的質量。

編 者

2017年5月

《匠心鑄魂：智能製造的時代脈搏》 一、 工業革新浪潮下的思潮湧動 我們正身處一個前所未有的工業變革時代。蒸汽機的轟鳴、電力的閃耀、信息技術的革新，每一次工業革命都深刻地重塑瞭人類的生産方式和社會結構。而如今，我們正邁入第四次工業革命，即智能製造。這場革命的核心驅動力，是以數據為燃料，以智能為大腦，以互聯為神經，旨在構建一個高度自動化、智能化、柔性化的生産體係。 傳統的製造模式，往往依賴於大量人力和重復性勞動，效率低下，易受人為因素影響，且難以應對日益多樣化和個性化的市場需求。然而，智能製造的到來，徹底打破瞭這一僵局。它不僅僅是簡單的機械化升級，更是一場深層次的係統性變革，涉及技術的融閤、模式的創新、人纔的轉型以及生態的重塑。 在這個轉型時期，我們對“效率”、“品質”、“成本”的追求從未停止，但衡量標準和實現路徑卻發生瞭根本性變化。智能製造不再僅僅是把産品造齣來，而是要以最優化的資源配置，最精準的流程控製，最精細的産品質量，最敏捷的市場響應，來贏得競爭。它賦予瞭製造業“思考”的能力，讓機器不僅能夠執行指令，更能理解環境、感知變化，並自主做齣決策。 “匠心”二字，在新的時代語境下，被賦予瞭更深刻的含義。它不再僅指手工的精雕細琢，而是包含瞭對技術精益求精的追求，對工藝流程的極緻優化，對産品性能的不斷突破，以及對企業整體智能化水平的持續提升。鑄造“匠心”，就是要將這種精神融入到智能製造的每一個環節，從産品設計到生産製造，再到售後服務，都力求完美。 “智能製造的時代脈搏”則形象地描繪瞭這場變革的 dynamism。它如同強大的心髒，驅動著整個工業體係的跳動，每一次跳動都充滿瞭活力、創新和前進的動力。理解和把握這個脈搏，意味著洞察行業發展的最新趨勢，掌握核心技術的發展方嚮，並積極擁抱變革，纔能在激烈的市場競爭中立於不敗之地。 本書《匠心鑄魂：智能製造的時代脈搏》，正是聚焦於這一宏大的時代背景，深入探討智能製造的本質、關鍵要素、發展路徑以及其對我們社會和生活産生的深遠影響。我們並非簡單地羅列技術名詞，而是試圖勾勒齣一幅智能製造的全景圖，幫助讀者理解這場變革的深層邏輯，感受其磅礴的力量，並從中汲取智慧，為自身的學習、工作和事業發展提供指引。 二、 智能製造的核心圖景：不止於自動化 提及智能製造，人們往往首先想到的是自動化。然而，自動化僅僅是智能製造的基石，而非全部。智能製造是一個多維度、多層次的復雜係統，它包含瞭比自動化更為廣泛和深刻的概念。 1. 數據驅動的智慧大腦： 智能製造的核心在於數據的獲取、分析與應用。傳感器、物聯網設備、 MES 係統（製造執行係統）等將生産過程中的海量數據實時采集，並通過大數據分析、人工智能算法進行處理。這些數據不再是簡單的記錄，而是轉化為生産決策的依據，例如預測性維護、工藝參數優化、質量缺陷分析等。一個高效的智能製造係統，就像擁有一個能夠“思考”和“學習”的大腦，通過數據反饋不斷迭代和優化自身的生産能力。 2. 柔性生産的靈活身軀： 傳統的流水綫生産模式，在麵對多品種、小批量、個性化需求時顯得力不從心。智能製造通過模塊化設計、可重構的生産綫、先進的加工設備和智能調度係統，實現瞭生産的柔性化。這意味著生産係統能夠快速響應市場變化，靈活調整生産計劃，高效切換産品型號，甚至實現單件定製的經濟性生産。這種“柔韌性”是智能製造贏得市場競爭的關鍵。 3. 協同共享的互聯網絡： 智能製造強調的是係統內的互聯互通以及與外部生態的協同。從車間內部的設備互聯，到企業內部的 IT-OT 融閤，再到供應鏈上下遊的協同，乃至與客戶、供應商、研發機構的開放閤作，都構成瞭智能製造的互聯網絡。這種網絡化的協同，打破瞭信息孤島，實現瞭資源的優化配置，提升瞭整體運營效率。 4. 價值鏈的整體升維： 智能製造的影響力並非局限於生産環節，而是貫穿於産品生命周期的全過程。從産品設計、研發、采購、生産、銷售、物流，到售後服務、報廢迴收，都將智能化、數據化。例如，在産品設計階段，可以通過仿真模擬提前發現潛在問題；在售後服務階段，可以實現遠程診斷和預測性維修，從而提升客戶滿意度，創造新的價值增長點。 3. 匠心精神在新時代的傳承與升華 “匠心”二字，承載著中華民族在工業領域勤勉不輟、精益求精的傳統美德。在智能製造的時代浪潮下，這種精神並未過時，反而被賦予瞭新的生命力和更廣闊的舞颱。 1. 技術創新的不懈追求： 工匠的匠心體現在對技術細節的極緻打磨，對工藝流程的深入理解，以及對産品性能的不斷挑戰。在智能製造領域，這種匠心體現在對前沿技術的探索與掌握，例如人工智能算法的優化、新材料的應用、先進傳感器的研發等。它要求技術人員不僅要懂得“如何做”，更要懂得“為何如此做”，並通過持續的創新，推動技術的進步。 2. 過程優化的精益求精： 傳統的工匠對自己的作品有著高度的掌控感，力求每一個環節都盡善盡美。在智能製造中，這種“精益”的思想被放大到整個生産流程。通過數據分析和可視化工具，工匠精神體現在對每一個生産步驟的精細化管理，對每一個微小偏差的及時糾正，對每一個瓶頸環節的持續改進。最終目標是實現生産過程的最高效率和最佳質量。 3. 質量安全的嚴苛標準： 工匠對産品質量有著近乎偏執的追求，不容許絲毫的瑕疵。智能製造通過引入先進的質量檢測技術、自動化監控係統以及風險評估模型，將這種嚴苛的標準落到實處。它要求對産品質量進行全生命周期的追溯和管理，確保每一件産品都符閤最高標準，滿足甚至超越客戶的期望。 4. 人纔培養的係統工程： 傳承匠心精神，在新時代需要新的方式。智能製造不僅需要技術工人，更需要具備跨領域知識、創新能力和協作精神的復閤型人纔。這意味著我們需要建立更加完善的人纔培養體係，從教育培訓到在崗實踐，都注重培養工匠精神與現代技術相結閤的專業人纔。 四、 智能製造的時代脈搏：驅動未來的力量 智能製造的脈搏，跳動的是創新，流動的是數據，搏動的是生産力，延伸的是價值。它不僅僅是一場技術革命，更是對傳統産業模式的顛覆，對經濟發展模式的重塑。 1. 效率的飛躍與成本的優化： 智能製造通過自動化、智能化和精益化管理，極大地提高瞭生産效率，縮短瞭生産周期。同時，通過優化資源配置，減少瞭浪費，降低瞭生産成本，從而提升瞭企業的盈利能力。 2. 質量的提升與可靠性的增強： 精準的控製、嚴密的監控以及可追溯的管理，使得産品質量得到顯著提升，産品的一緻性和可靠性也大大增強，滿足瞭消費者對高品質産品的需求。 3. 創新的加速與市場響應的敏捷： 柔性化的生産能力使得企業能夠快速響應市場變化，推齣新産品，滿足個性化需求。創新不再受製於固定的生産流程，而是可以更加自由和快速地實現。 4. 産業升級與經濟增長的新引擎： 智能製造正在成為推動全球經濟增長的新引擎。它不僅能夠提升傳統製造業的競爭力，還能催生新的産業形態，創造新的就業機會，帶動區域經濟的協同發展。 5. 可持續發展的綠色脈搏： 智能製造在追求效率的同時，也更加注重節能減排和環境保護。通過對生産過程的精細化管理和資源的循環利用，實現綠色生産，為可持續發展貢獻力量。 五、 擁抱變革，共繪智能製造新藍圖 《匠心鑄魂：智能製造的時代脈搏》這本書，希望能夠成為您理解和把握這場偉大變革的一盞明燈。我們深信，隻有深刻理解智能製造的本質，傳承和發揚工匠精神，積極擁抱技術創新，我們纔能在這場波瀾壯闊的工業革命中，抓住機遇，迎接挑戰，共同繪製智能製造的美好未來。 這不僅僅是一本書，更是一次思想的啓迪，一次行動的號召。讓我們攜手並進，用匠心鑄就智能，以創新驅動未來，共同感受和迴應智能製造強勁的時代脈搏。

評分☆☆☆☆☆

這本書最讓我贊賞的一點，是它在闡述復雜技術的同時，始終不忘迴歸到“應用”的本質。我一直覺得，技術的光鮮亮麗最終要體現在解決實際問題上。這本書的每一個應用案例都講解得非常細緻，從客戶需求分析、機器人選型、係統集成到後期維護，都進行瞭深入的探討。比如，在化工行業的防爆機器人應用，以及在食品行業的衛生級機器人應用，書中都詳細分析瞭特定行業對機器人性能、安全性、材質等方麵的特殊要求，以及如何通過技術手段來滿足這些需求。此外，書中還討論瞭機器人係統的投資迴報分析、項目實施中的風險管理以及人纔培養等實際問題，這些內容對於想要將機器人技術落地到企業實際生産中的讀者來說，簡直是“乾貨滿滿”。它不隻是在“秀肌肉”，而是在切實地告訴你，如何“用好”工業機器人，如何讓它們真正為企業創造價值。這本書的整體框架非常清晰，邏輯性強，讀起來既有深度又不失廣度，對於想要全麵瞭解工業機器人技術及其在各個行業應用的讀者來說，絕對是一本不可多得的寶藏。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是工業機器人領域的“百科全書”！我一直對機器人視覺和路徑規劃技術特彆感興趣，因為覺得這是讓機器人“看得見”並“走得對”的關鍵。這本書在這方麵的內容非常紮實，深入淺齣地講解瞭機器視覺的原理，包括圖像采集、特徵提取、目標識彆、三維重建等等。我特彆喜歡它對不同傳感器（如CCD相機、CMOS相機、深度相機）的介紹，以及各種圖像處理算法的詳細講解，讓我對如何讓機器“看見”世界有瞭全新的理解。更讓我驚喜的是，書中還花瞭大量篇幅介紹路徑規劃算法，比如A算法、Dijkstra算法、RRT算法等，並結閤實際的機器人運動控製，展示瞭這些算法如何幫助機器人安全、高效地在復雜的環境中移動。書中的配圖和圖錶非常豐富，把抽象的算法可視化，大大降低瞭理解難度。我甚至覺得，這本書的內容即使是給專業的機器人工程師看，也會覺得受益匪淺。它不隻是停留在理論層麵，而是真正地將技術與實際應用緊密結閤，讓讀者能夠清晰地看到技術是如何轉化為生産力的。

評分☆☆☆☆☆

哇，剛拿到這本《工業機器人技術及應用》，迫不及待地翻開，就被它的“硬核”內容給鎮住瞭。我一直對自動化生産綫上的那些“鋼鐵俠”們充滿瞭好奇，尤其是它們是如何被賦予智能、如何精確執行任務的。這本書從最基礎的機械結構講起，詳細介紹瞭伺服電機、減速器、關節設計等核心零部件的原理和性能。我以前總以為機器人就是“大力齣奇跡”，看瞭這本書纔知道，原來它們內部的精密度和控製算法纔是關鍵。書中列舉瞭大量工業機器人在汽車製造、電子組裝、物流倉儲等領域的實際應用案例，我看到瞭那些熟悉的生産綫在機器人手臂的精準操作下變得井然有序，效率驚人。比如在汽車焊接領域，機器人手臂可以實現多軸聯動，輕鬆完成各種復雜角度的焊接，不僅提高瞭焊接質量，還大大降低瞭人為的危險性。書中對不同類型機器人（如SCARA機器人、Delta機器人、協作機器人）的特點和適用場景做瞭深入剖析，讓我對它們的“性格”和“專長”有瞭更清晰的認識。對於我這樣的初學者來說，這本書簡直是打開瞭新世界的大門，原來工業機器人的世界如此精彩，遠不止我想象中的那麼簡單！

評分☆☆☆☆☆

作為一名在自動化領域摸爬滾打多年的工程師，我一直覺得對工業機器人的“大腦”——控製係統和編程——理解得還不夠透徹。這本書恰好彌補瞭我的這一知識盲區。書中對機器人控製器的硬件架構、軟件係統進行瞭詳細的介紹，讓我瞭解瞭PLC（可編程邏輯控製器）與機器人控製器之間的聯動機製。更重要的是，它深入探討瞭機器人編程的各種方式，從早期的離綫編程到現在的在綫示教編程，再到更高級的基於模型的編程，都有詳盡的描述。我特彆關注瞭書中關於ROS（Robot Operating System）的介紹，雖然沒有深入到代碼層麵，但它清晰地闡述瞭ROS在機器人開發中的重要作用，以及它如何實現模塊化、可重用性的機器人軟件開發。書中還討論瞭人機協作機器人（Cobot）的編程特點，以及如何確保在與人類共同工作時的安全性。這本書的內容讓我對如何“馴服”這些強大的機械臂有瞭更係統的認識，也為我日後在實際項目中進行機器人集成和二次開發提供瞭寶貴的參考。

評分☆☆☆☆☆

這本書的“技術前沿”章節，完全擊中瞭我的興趣點！我一直關注著工業機器人發展的最新動態，特彆是關於人工智能、機器學習在機器人領域的應用。這本書在這方麵的內容非常前瞻，不僅介紹瞭機器學習如何用於機器人零件的缺陷檢測和質量評估，還探討瞭深度學習在提升機器人抓取和搬離復雜物體能力上的潛力。書中還提到瞭強化學習在機器人運動控製和自主導航方麵的研究進展，讓我對未來機器人能夠實現更高級彆的自主性充滿期待。除瞭AI應用，書中對工業物聯網（IIoT）與工業機器人融閤的論述也相當精彩，它闡述瞭如何通過IIoT技術，讓機器人實現數據的互聯互通，從而進行遠程監控、故障診斷和預測性維護。讀到這裏，我感覺仿佛看到瞭工業4.0時代機器人發展的藍圖，這本書不僅講解瞭“是什麼”，更揭示瞭“將往何處去”。它讓我看到瞭工業機器人正在從簡單的執行者，逐步演變成能夠學習、適應和協同工作的智能夥伴。