第1章 機器人概述
1.1機器人 1
1.1.1機器人的定義及分類 1
1.1.2機器人的發展簡史 2
1.2工業機器人的構成及分類 4
1.2.1工業機器人的構成 4
1.2.2工業機器人的分類 6
1.2.3工業機器人的性能參數 8
1.3焊接機器人及其應用發展趨勢 13
1.3.1焊接機器人的構成與分類 13
1.3.2焊接機器人的應用現狀 14
1.3.3焊接機器人的發展趨勢 15
習題 15

第2章 機器人運動學基礎
2.1位姿描述方法與坐標變換 17
2.1.1位姿描述 17
2.1.2坐標變換 19
2.2機器人運動學 25
2.2.1連杆運動參數 25
2.2.2連杆坐標繫 26
2.2.3連杆變換矩陣 27
2.2.4機器人運動學方程 27
2.3機器人運動控制 28
2.4機器人動力學簡介 34
習題 34

第3章 機器人本體及控制繫統
3.1機器人本體結構 35
3.1.1機器人機身 36
3.1.2機器人操作臂 37
3.1.3腕部及其關節結構 38
3.2焊接機器人關節及其驅動機構 39
3.2.1關節 39
3.2.2驅動裝置 40
3.2.3傳動裝置 44
3.3機器人控制繫統 47
3.3.1機器人控制繫統的作用 47
3.3.2機器人控制繫統軟件 48
3.3.3機器人控制繫統硬件 49
3.3.4機器人控制器用微型計算機 50
習題 54

第4章 焊接機器人傳感技術
4.1內部傳感器 55
4.1.1位移傳感器 55
4.1.2速度傳感器和加速度傳感器 59
4.1.3力傳感器 59
4.2外部傳感器 59
4.2.1接近傳感器 60
4.2.2電弧電參數傳感器 63
4.2.3焊縫跟蹤傳感器 64
習題 70

第5章 焊接機器人繫統
5.1電阻點焊機器人繫統 71
5.1.1電阻點焊機器人繫統組成及特點 71
5.1.2電阻點焊機器人本體及控制繫統 72
5.1.3點焊繫統 73
5.1.4點焊機器人應用案例 76
5.2弧焊機器人繫統 77
5.2.1弧焊機器人繫統組成 77
5.2.2弧焊機器人本體及控制器 77
5.2.3弧焊機器人的焊接繫統 79
5.3焊接機器人變位機 81
5.3.1單軸變位機 81
5.3.2雙軸變位機 82
5.3.3三軸變位機 83
5.3.4焊接工裝夾具 84
5.4弧焊機器人繫統應用案例 85
5.4.1工程機械行業——抽油機方箱、驢頭焊接機器人工作站 85
5.4.2建築工程行業——建築鋁模板焊接機器人工作站 87
5.4.3電力建設行業——電力鐵塔橫擔焊接機器人工作站 89
5.4.4農業機械行業——玉米收獲機焊接機器人工作站 91
5.4.5建築鋼結構行業——牛腿部件焊接機器人工作站 92
5.5特種焊機器人繫統 94
習題 96

第6章 機器焊接工藝
6.1電阻點焊工藝 97
6.1.1電阻點焊原理及特點 97
6.1.2熔核尺寸參數及其對焊點質量的影響 99
6.1.3電阻點焊工藝參數 100
6.2熔化極氣體保護焊工藝 102
6.2.1熔化極氣體保護焊基本原理及特點 102
6.2.2熔化極氣體保護焊的熔滴過渡 103
6.2.3熔化極氣體保護焊工藝參數 105
6.2.4高效熔化極氣體保護焊工藝 107
6.3鎢極惰性氣體保護焊工藝 116
6.3.1TIG焊的原理、特點及應用 116
6.3.2TIG焊工藝參數 118
6.3.3高效TIG焊 120
6.4激光焊 125
6.4.1激光焊的原理、特點及應用 125
6.4.2激光焊接繫統 127
6.4.3激光焊焊縫成形方式 129
6.4.4激光焊工藝 129
6.5攪拌摩擦焊工藝 131
6.5.1攪拌摩擦焊的原理、特點及應用 131
6.5.2攪拌摩擦焊焊頭 133
6.5.3攪拌摩擦焊焊接參數 133
習題 135

第7章 焊接機器人的應用操作技術
7.1機器人的示教操作技術 136
7.1.1示教器及其功能 136
7.1.2程序操作 142
7.1.3常用編程指令 145
7.1.4焊接機器人示教 157
7.1.5編程示例 162
7.1.6程序運行模式 163
7.2機器人離線編程技術 164
7.2.1機器人離線編程特點 166
7.2.2離線編程繫統組成 166
7.2.3離線編程仿真軟件及其使用 168
習題 184

參考文獻

前言
黨的二十大會議上提出了推動制造業高端化、智能化、綠色化發展，焊接機器人應用和發展必將進入一個嶄新的高速發展階段。在這種形勢下，材料成型及控制工程專業和焊接技術及工程專業的學生學習和掌握焊接機器人技術，可推動制造業發展，滿足社會發展需要。
本書的第1版於2019年出版，是在“十三五”國家重點出版物出版規劃項目、國家出版基金項目和“中國制造2025”出版工程等項目資助下出版的科技圖書，出版三年多來受到了廣大讀者的普遍歡迎，並被一些高校作為教材使用。應廣大讀者要求，本書的第2版改編成了教材，並入選了“高等學校材料類專業教學指導委員會規劃教材”2022年度建設項目。
為了適應教學需要，本書第2版在內容、結構和表現形式上均做了一定的調整。具體如下：擴展了機器學及機器人基本工作原理等方面的內容；刪減了焊接機器人維護及維修技術方面的內容；吸收了機器人焊接工藝和傳感技術方面的最新發展成果；引入了一些思政教育內容。將第1版第1章拆分成了兩章，拆分後的第1章介紹機器人的基本概念、分類、性能參數、發展簡史和趨勢，第2章闡述機器人運動學；將第1版“典型焊接機器人繫統應用案例”一章的內容整合到了“焊接機器人繫統”一章中。采用數字化表現形式，提供了大量的彩圖和視頻資源。另外，在每章後面還補充了大量的思考題。
本書編寫的人員有陳茂愛、任文寧、賈傳寶、王娟、陳劭卿、李超凡、劉金強、胡志文、梁慧君、張振鵬、陳東升、張棟、高海光等。
本書主要供材料成型及控制工程、焊接技術及工程等專業的本、專科生使用，也可供焊接領域工程技術人員參考。
限於筆者水平，書中難免存在不足之處，懇請廣大讀者批評指正。

編著者
2023年5月




第1版前言
焊接機器人是從事焊接作業的工業機器人，是工業生產中重要的自動化設備。近年來，隨著工業技術的發展，特別是傳感技術的發展，焊接機器人技術越來越成熟，其成本也越來越低，在工業領域的應用範圍急劇增大。目前，焊接機器人已廣泛地應用於汽車制造、工程機械、電子通信、航空航天、國防軍工、能源裝備、軌道交通、海洋重工等多個領域，發展勢頭迅猛。焊接機器人技術已成為焊接領域最熱門的技術之一，它融合了材料、控制、機械、計算機等交叉學科知識，焊接機器人也從單一的示教再現型向智能化方向發展。當前，勞動力的日益缺乏以及工人對勞動環境條件要求的日益提高使得焊接機器人替代人的必要性迅速提升。且隨著“中國制造2025”規劃的發布，國家對工業機器人國產化支持力度逐漸加大，國內機器人制造技術將會日益成熟，焊接機器人的成本還會進一步下降，未來焊接機器人必將全面代替焊接工人。在這種形勢下，從事焊接的技術人員和操作工人迫切需要學習焊接機器人的相關知識和技術。
本書旨在繫統性地介紹焊接機器人技術，在簡要闡述機器人基本理論知識的基礎上，詳細介紹了工業機器人本體結構組成、機器人傳感技術、焊接機器人繫統配置及要求、焊接機器人應用操作技術和維護維修技術以及常用機器人焊接工藝，並結合具體工程結構的制造給出了弧焊機器人繫統和點焊機器人繫統的典型應用實例。本書力求避開深奧難懂的理論推導和說明，對焊接機器人所必需的基礎理論知識進行了深入淺出的介紹，重點突出實用性、新穎性和先進性。本書可供從事焊接工作的技術人員和操作工人參考，也可供高校材料成型及控制工程專業的本科生和高職院校焊接專業學生學習使用。
參加本書編寫的人員有陳茂愛、任文建、闫建新、姜麗岩、張振鵬、陳東升、張棟、高海光、王娟、齊勇田、高進強、楊敏、樓小飛。
由於作者水平有限，書中難免出現不當之處，懇請廣大讀者批評指正。

陳茂愛
2023年5月