工业机器人系统集成与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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林燕文 著

图书标签:

• 工业机器人
• 机器人系统
• 系统集成
• 自动化
• 制造
• 机器人应用
• 工业控制
• 编程
• 机械工程
• 智能制造

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111587187

版次：1

商品编码：12311387

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： 全国机械行业职业教育优质规划教材（高职高专） 经全国机械职业教育教学指导委员会审定 全国高职高专智能制

开本：16开

出版时间：2018-03-01

用纸：胶版纸

页数：147

内容简介

本书以工业机器人典型的电弧焊、电阻点焊、去毛刺、数控加工、自动装配、搬运码垛等应用系统为出发点，从工业机器人系统集成基础知识出发，详细介绍了每种工作站系统的组成、工业机器人的选型、外围系统硬件和软件的构建、机器人与外围系统的接口技术等典型应用，使学生在实际操作中学会机器人工作站系统的集成与应用技能。全书共分为五个章节，从工业机器人系统认识到典型工作站应用，内容安排由浅入深，循序渐进。典型工作站应用基于工作过程，从任务分析和方案设计，到工业机器人工作站的安装与调试，注重学生职业能力、职业素养和团队协作等综合素质的培养。本书采用双色印刷，既可作为高等职业教育工业机器人技术专业、电气自动化技术及机电一体化技术等相关专业的教材或企业的培训用书，也可作为高职院校机电及相关专业各类学生的实践选修课教材，同时可供从事工业机器人系统开发等工程技术人员参考。本书配有电子课件，凡使用本书作为教材的教师可登录机械工业出版社教育服务网www.cmpedu.com注册后下载。咨询邮箱：cmpgaozhi@sina.com。咨询电话：010-88379375。

目录

出版说明
前　　言
第1章　工业机器人工作站系统 1
1.1　 工业机器人工作站系统的构成及特点 1
1.2　 工业机器人末端执行器的类型及工作原理 2
1.3　工业机器人工作站外围设备 10
第2章　工业机器人的分类及选择 11
2.1　工业机器人的分类 11
2.2　工业机器人的技术参数 19
2.3　工业机器人的选择依据 22
第3章　基于工业机器人控制器的系统集成 23
3.1　工业机器人控制器的结构及组成 23
3.2　控制器I/O通信 24
3.3　工业机器人的外部控制 30
第4章　基于PLC的工业机器人工作站系统集成 31
4.1　工业机器人系统外部通信方式 31
4.2　 工业机器人工作站PLC控制系统的构成 34
4.3　工业机器人工作站人机界面 35
第5章　工业机器人工作站系统集成案例 43
5.1　弧焊机器人工作站 43
5.2　点焊机器人工作站 80
5.3　去毛刺机器人工作站 95
5.4　数控加工机器人工作站 110
5.5　自动装配机器人工作站 126
5.6　搬运码垛机器人工作站 139
参考文献 147

前言/序言

自20世纪60年代初第一台工业机器人问世到现在50多年的时间里，工业机器人技术和周边配套应用技术得到了迅速发展，工业机器人系统在自动化、智能化、定制化生产制造领域得到了广泛应用。随着用工成本提高、制造业转型升级的迫切需求，工业机器人已经不再局限于汽车生产这一单一领域，而是快速面向3C装配、定制化生产、个体作坊等领域，随之而来的发展瓶颈不再是工业机器人技术，而是与其匹配的专业人才的严重缺乏。按照工业和信息化部关于工业机器人的发展规划，到2020年，国内工业机器人装机量将达到100万台，需要至少20万与工业机器人应用相关的从业人员，并且将以每年20%~30%的速度持续递增。所以，对于职业院校，建设工业机器人技术专业，培养工业机器人技术专业人才是非常必要和急需的。
工业机器人技术是机电技术集大成者，包含了机械设计、机构优化、运动控制、编程仿真、电气控制、通信联调等各种应用技术。本书中介绍的应用案例均取材于企业生产实践，再整合转化为职业院校教学内容。本书由广东松山职业技术学院、青岛职业技术学院、北京市工业技师学院等校企联合开发编写。广东松山职业技术学院魏志丽和林燕文担任本书主编，常州机电职业技术学院陈小艳对全书进行了审阅。参加本书编写的有魏志丽（第1章、第4章、第5章5.1和5.6节）、林燕文（第2章、第3章、第5章5.3节）、陈南江（第5章5.2节）、青岛职业技术学院李峰（第5章5.4节）、北京市工业技师学院李兵（第5章5.5节）。在本书的编写过程中，编者参阅了国内外相关资料，在此一并向相关作者表示衷心的感谢！
由于编者水平有限，书中错误和遗漏之处在所难免，恳请读者批评指正。
编　者

《工业机器人系统集成与应用》 内容概要 《工业机器人系统集成与应用》一书，聚焦于当前工业领域中日益普及的机器人技术，深入剖析了工业机器人系统从概念设计、硬件选型、软件开发、集成实施到最终应用的全过程。本书旨在为读者提供一个全面、深入的理解框架，助力读者掌握工业机器人系统集成的核心技术与实际操作经验，并能将其有效应用于各类工业生产场景，实现生产效率的提升、产品质量的优化以及生产过程的智能化与自动化。 第一部分：工业机器人基础理论与技术 本部分是整个系统的基石，为后续的深入探讨奠定坚实的理论基础。 第一章 工业机器人的发展历程与现状： 回顾工业机器人从早期概念的萌芽，经历机械臂的雏形，到如今高度智能化的多功能集成系统的发展脉络。详细阐述不同时代工业机器人的技术特点、应用领域以及在生产力变革中所扮演的角色。分析当前全球工业机器人市场的格局、主要的技术驱动力以及未来发展趋势，例如协作机器人、移动机器人、AI赋能的机器人等。 第二章 工业机器人的构成要素与工作原理： 详细解析构成一台工业机器人核心的各个组成部分。包括： 本体（Manipulator）： 介绍不同类型机器人臂（如关节式、SCARA、Delta、笛卡尔坐标式等）的结构特点、自由度分析、运动学与动力学原理，以及末端执行器（End-Effector）的选择与设计，如夹爪、吸盘、焊枪、喷枪等。 控制器（Controller）： 讲解机器人的“大脑”，包括硬件架构、CPU、内存、I/O接口、通信模块等。阐述其在指令接收、路径规划、运动控制、传感器数据处理等方面所承担的关键任务。 示教器/编程器（Teach Pendant/Programmer）： 介绍用户与机器人交互的界面，讲解离线编程、在线示教、参数设置、程序调试等操作方法。 传感器系统（Sensor System）： 深入探讨机器人在感知环境方面所依赖的各类传感器，包括视觉传感器（如CCD/CMOS相机、激光扫描仪、深度相机）、力/力矩传感器、触觉传感器、接近传感器、编码器等，并分析其在目标识别、定位、抓取、力控等应用中的作用。 第三章 工业机器人运动控制技术： 深入探讨机器人实现精确、平稳运动背后的控制算法。 运动学： 详细阐述正运动学（已知关节角度求末端执行器位置姿态）与逆运动学（已知末端执行器位置姿态求关节角度）的计算方法，以及在机器人建模中的应用。 动力学： 介绍机器人动力学模型，分析惯性力、科里奥利力、离心力、重力等对机器人运动的影响。 控制策略： 讲解PID控制、力矩控制、阻抗控制、自适应控制等不同控制策略的原理、优缺点及其在不同应用场景下的适用性。 路径规划： 探讨点到点规划、轨迹规划、避障规划等技术，以及如何保证机器人运动的平滑性和效率。 第二部分：工业机器人系统集成关键技术 本部分将重点阐述如何将独立的机器人单元整合成一个高效、协同工作的自动化系统。 第四章 机器人与外部设备的接口与通信： 详细介绍工业机器人与其他生产设备（如PLC、传送带、视觉检测系统、传感器、执行器等）之间进行信息交换和指令传输的技术。 硬件接口： 讲解数字I/O、模拟I/O、串行通信接口（RS-232/485）、以太网接口（Ethernet/IP, Profinet, Modbus TCP等）的标准与应用。 通信协议： 深入分析工业现场总线协议，如EtherNet/IP、PROFINET、Modbus TCP/IP、EtherCAT等，理解其在实时性、确定性、数据量等方面的差异，以及在实际集成中的选型考量。 PLC在系统集成中的作用： 阐述PLC作为整个自动化生产线“神经中枢”的角色，如何协调机器人与其他设备的动作，实现整体流程的逻辑控制。 第五章 视觉引导与识别技术在机器人系统中的应用： 视觉系统是现代工业机器人实现智能化操作的关键。 工业视觉系统构成： 讲解相机、光源、镜头、图像采集卡、图像处理软件等核心组件。 图像处理与分析： 介绍二值化、滤波、边缘检测、形态学操作、模板匹配、特征提取（如SIFT, SURF）等基础图像处理技术。 机器人视觉引导： 讲解如何利用视觉系统实现工件的定位、姿态识别、缺陷检测、尺寸测量等，并为机器人提供精确的抓取点或加工路径信息。 3D视觉技术： 探讨结构光、飞行时间（ToF）、立体视觉等3D视觉技术在三维物体识别、体积测量、环境感知中的应用。 第六章 力/力矩传感器的应用与编程： 力/力矩传感器赋予机器人“触觉”，使其能够执行精密的力控操作。 力/力矩传感器原理与选型： 介绍电阻应变式、压电式等传感器的工作原理，以及根据应用需求选择合适的传感器类型（六维力/力矩传感器）。 力控操作： 讲解基于力/力矩反馈的编程方法，如恒力接触、力控装配、打磨、抛光、去毛刺等。 阻抗/导纳控制： 深入分析这些高级力控策略，理解其在实现机器人与环境柔性交互中的优势。 第七章 机器人离线编程与仿真技术： 离线编程大大提高了机器人系统的开发效率，减少了停机时间。 主流离线编程软件介绍： 概述KUKA.Sim, ABB RobotStudio, Fanuc ROBOGUIDE, Universal Robots Polyscope等常用软件的特点。 仿真环境搭建： 讲解如何在仿真软件中建立真实的工厂模型，导入机器人模型、设备模型、工件模型。 离线编程流程： 详细阐述创建机器人程序、定义工具中心点（TCP）、设置工作空间、规划运动轨迹、进行碰撞检测、优化程序等步骤。 仿真与验证： 强调仿真在验证程序逻辑、评估生产效率、优化布局、培训操作人员等方面的重要作用。 第八章 机器人安全性设计与防护： 机器人安全是系统集成中不可忽视的重要环节。 风险评估： 讲解如何识别潜在的危险源，对机器人系统进行全面的风险评估。 安全标准与规范： 介绍ISO 10218（机器人和机器人系统安全要求）、GB 19115（机器人安全标准）等相关国家及国际标准。 安全措施： 详细阐述安全围栏、光幕、安全垫、急停按钮、安全继电器、区域限制、安全速度监控等物理和电气安全防护措施。 协作机器人安全： 重点介绍协作机器人（Cobots）在设计理念、安全功能（如力限、速度限、碰撞检测）以及与人协同工作时的特殊安全考量。 第三部分：工业机器人系统在典型行业的应用 本部分通过具体案例，展示工业机器人在不同行业中的实际应用价值。 第九章 汽车制造业中的机器人应用： 汽车制造是工业机器人最早且应用最广泛的领域之一。 白车身焊接： 详细介绍机器人点焊、弧焊、激光焊接在车身结构件连接中的应用，包括点位控制、路径跟踪、焊缝质量保证。 总装线搬运与装配： 阐述机器人如何用于发动机、底盘、车门、轮胎等部件的搬运、安装，以及玻璃、内饰件的装配。 喷涂与打磨： 介绍机器人如何实现精确、均匀的喷漆，以及对车身进行高效打磨，提高表面光洁度。 第十章 电子电器行业的机器人应用： 电子产品的小型化、高精度化对机器人提出了更高的要求。 SMT贴片与插件： 讲解高精度机器人如何实现微小电子元器件的精准拾取与放置（Pick and Place）。 产品组装与测试： 介绍机器人如何进行手机、电脑、家电等产品的精细组装、螺丝锁紧、导线连接，以及配合视觉系统进行自动化测试。 AOI/ICT检测： 阐述机器人如何将待测产品准确地送入自动化光学检测（AOI）或在线测试（ICT）设备。 第十一章 食品与医药行业的机器人应用： 对洁净度、精度和柔性的要求极高。 包装与码垛： 介绍机器人如何对食品、药品进行自动化包装、装箱、码垛，提高生产效率并减少人工接触。 无菌环境操作： 讲解特种洁净型机器人如何在无菌环境中执行物料搬运、分拣、灌装等操作，确保产品质量与安全。 精准分拣与称重： 介绍机器人如何配合视觉和称重系统，实现对不同种类、规格产品的精准分拣与配料。 第十二章 其他行业（如金属加工、物流仓储、新能源）的机器人应用： 金属加工： 介绍机器人用于机床上下料、去毛刺、抛光、打磨等，提高加工效率和人员安全性。 物流仓储： 探讨AGV/AMR（自动导引车/自主移动机器人）在仓库内的货物搬运、分拣、拣选、库位管理中的应用。 新能源领域： 介绍机器人如何应用于太阳能电池板制造、锂电池生产线（如电芯组装、PACK线）等。 第四部分：工业机器人系统集成实施与维护 本部分聚焦于实际项目中的落地与持续运行。 第十三章 工业机器人项目实施流程与管理： 项目需求分析与方案设计： 如何与客户沟通，明确工艺要求，进行机器人选型，设计整体自动化解决方案。 设备采购与供应商管理： 机器人本体、末端执行器、视觉系统、PLC等设备的选择原则和供应商评估。 现场安装与调试： 机器人本体安装、电气接线、传感器标定、程序上传与初步测试。 系统集成与联动测试： 协调各子系统间的配合，进行整体功能的调试与优化。 项目验收与培训： 完成项目交付的各项标准，并为操作与维护人员提供必要的培训。 第十四章 工业机器人系统的维护与故障排除： 日常维护： 机器人清洁、润滑、检查易损件（如电缆、连接器）、定期校准。 常见故障分析： 机器人无法启动、定位不准确、运动异常、通信中断、传感器失效等问题的诊断思路与方法。 故障排除流程： 结合机器人诊断信息、日志文件，逐步定位问题根源，并进行修复。 备品备件管理： 建立合理的备件库存，确保设备的快速恢复。 第十五章 工业机器人系统的未来发展与挑战： 展望机器人技术的最新进展，如AI与机器人融合、人机协作的深化、5G通信在机器人领域的应用、工业物联网（IIoT）与机器人集成等，并探讨行业在技术、成本、人才、标准等方面面临的挑战。 本书内容翔实，结构严谨，力求从理论到实践，从基础到前沿，为工业界从业人员、技术研究者、学生以及对工业自动化感兴趣的读者提供一份珍贵的参考资料，引领读者步入工业机器人系统集成与应用的广阔天地。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，我原以为它会像一本“字典”一样，详细介绍各种工业机器人的技术参数、机械臂的自由度、末端执行器的种类以及各种传感器的性能指标。这样我就可以在项目需求分析阶段，快速找到符合要求的机器人组件，并理解它们之间的兼容性。然而，书中并没有提供任何此类具体的技术规格信息。它更多的是在宏观层面讨论“机器人技术”的发展历程，以及“系统集成”在工业自动化中的重要性。书中提到了“模块化设计”和“标准化接口”的概念，但却没有深入分析具体的接口类型和通信协议，也没有给出实际的集成案例。例如，如何将一个非标的视觉传感器与某个品牌的机器人控制器进行对接，如何进行坐标系标定，以及如何实现数据的高效传输。这些都是实际工程中非常关键的环节，但在这本书中却几乎没有涉及，让人感觉有点“空中楼阁”。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，我本来是想找找看有没有关于如何优化机器人运动轨迹、提高生产效率的实用技巧。毕竟，在实际的生产线上，一点点精度的提升，一点点时间的节省，都能带来可观的经济效益。然而，这本书的重点似乎完全不在这些“硬核”的技术细节上。它更多地将笔墨放在了机器人视觉识别技术的原理性介绍，以及如何利用深度学习算法来提升机器人的“感知”能力。虽然这些内容也很有趣，也代表了机器人技术的前沿方向，但对于我这种需要解决眼前生产问题的人来说，实在是“隔靴搔痒”。我期待的是能够快速找到如何设置机器人安全区域、如何处理碰撞检测、如何实现精准的搬运和码垛等具体操作方法。书中虽然提到了“应用”，但更多的是对未来可能出现的应用场景的畅想，而非当前工业生产中常见的具体应用场景的解决方案。感觉这本书更像是给未来的机器人工程师看的，而不是当下需要动手解决问题的工程师。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面上写着“工业机器人系统集成与应用”，但我拿到手翻了几页，感觉它更像是一本关于机器人“灵魂”的探讨。书中并没有深入讲解如何连接各种传感器、执行器，以及如何进行PLC编程和上位机软件的配置。相反，它花了很多篇幅去讨论机器人在未来社会中的角色，它如何影响劳动力市场，以及人类与智能机器共存的可能性。我原本期待的是一本操作指南，能让我快速上手，学会如何让一条生产线上的机器手臂协同工作，解决实际的生产难题。然而，书中更多的是哲学思辨和宏观的社会分析，对于我这种更偏向于实践操作的读者来说，确实有些“曲高和寡”。它没有提供任何具体的系统集成案例，也没有详细介绍不同品牌机器人控制器之间的兼容性问题，更不用说在实际工业环境中进行调试和故障排除的技巧了。读完之后，我感觉自己对机器人技术的发展趋势有了更深的理解，但对于如何将这些知识转化为实际的生产力，却感到一片茫然，仿佛知识的海洋就在眼前，却找不到一条通往彼岸的船。

评分☆☆☆☆☆

我原本期待的是一本能够提供详尽的机器人编程指令集、故障排除指南以及常用应用程序开发的实操手册。例如，如何编写一段代码让机器人执行焊接任务，如何在遇到传感器故障时快速定位问题并进行修复，或者如何利用机器人完成装配、打磨等工艺流程。这本书显然没有提供这些“干货”。它更多地是在探讨“人工智能”与“机器人”的融合，以及如何通过自然语言处理让机器人更好地理解人类的指令。虽然这些概念听起来很酷，也代表了未来的发展方向，但对于我目前需要完成的“系统集成”任务来说，显得过于超前和理论化。书中缺乏对具体硬件连接、电气安全规范、通信协议（如EtherNet/IP, Profinet）的深入讲解，也没有关于如何设计和实现机器人工作站的详细步骤。感觉这本书更像是一篇关于人工智能在机器人领域应用的学术论文，而不是一本实用的技术指南。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题让我误以为它会深入探讨不同工业机器人品牌的优劣对比，以及在不同应用场景下如何选择最合适的机器人型号。我希望能够找到关于ABB、KUKA、FANUC等主流品牌机器人在机械结构、控制系统、编程接口等方面的详细比较，以便在项目初期就能做出明智的决策。然而，这本书的论述方向却完全不同。它更多地是在介绍机器人的“通用性”和“灵活性”，强调如何通过软件层面的二次开发和集成，让不同厂商的机器人能够协同工作，甚至实现跨平台的控制。这固然是一种先进的理念，但对于一个初学者或者一个只想快速掌握某个品牌机器人应用技术的工程师来说，会感到无所适从。书中没有给出任何关于机器人运动学、动力学方程的详细推导，也没有提供实际的仿真软件操作演示，更不用说如何进行多机器人协同作业的路径规划和冲突避免了。这些对于理解机器人“系统集成”的核心至关重要，但却在这本书中踪影难觅。