本書根據工業機器人在智能制造領域的典型應用案例，梳理其應用背景、

設計原理、仿真過程，引出教學思想，為機器人工程相關專業的教育教學同行們提供理論指導與實踐參考。本書采用“理論知識”與“工程實例”相結合的敘述方法，結合機器人工程專業本科實踐教育的特點，以 ABB 工業機器人焊接工作站為主線，以當下快速發展的虛擬仿真實驗和機器視覺檢測技術為兩翼，理論與軟件操作相結合，對 ABB 工業機器人焊接工作站、玻璃清洗工作站虛擬仿真實驗、機器視覺缺陷檢測繫統設計這三個典型案例進行詳細分析。

本書可作為本科院校及部分高職院校機器人工程相關專業師生的實驗指導

用書，也可為從事工業機器人繫統集成設計、編程、調試的工程技術人員提供理論指導。

前 言

第 1 章概述................................................................................................................................... 1

1.1工業機器人繫統集成技術 .................................................................................................... 1

1.1.1繫統集成簡介 .................................................................................................................. 1

1.1.2繫統集成的應用方向 ...................................................................................................... 2

1.2工業機器人仿真技術 ............................................................................................................ 4

1.3典型機器人工作站 ................................................................................................................ 6

1.3.1機床上下料工作站 .......................................................................................................... 7

1.3.2焊接工作站 ...................................................................................................................... 9

1.3.3衝壓工作站 .................................................................................................................... 10

1.3.4視覺搬運工作站 ............................................................................................................ 11

1.4虛擬仿真技術與 VR 技術 ................................................................................................... 12

1.5視覺檢測技術 ...................................................................................................................... 12

第 2 章焊接工作站虛擬仿真 ................................................................................................. 14

2.1相關理論基礎 ...................................................................................................................... 14

2.1.1國內外焊接工作站發展歷程 ........................................................................................ 14

2.1.2國內外虛擬仿真軟件發展歷程 .................................................................................... 15

2.1.3機器人的運動學分析 .................................................................................................... 16

2.2焊接工作站布局設計 .......................................................................................................... 16

2.2.1總體布局 ........................................................................................................................ 16

2.2.2轉盤裝置 ........................................................................................................................ 18

2.2.3壓裝或焊接工位 ............................................................................................................ 20

2.2.4配件上料模組 ................................................................................................................ 20

2.2.5壓裝模組 ........................................................................................................................ 22

2.2.6其他配件 ........................................................................................................................ 23

2.2.7工作流程與控制要求 .................................................................................................... 25

2.3仿真布局 .............................................................................................................................. 27

2.3.1模型導入 ........................................................................................................................ 27

2.3.2創建工具 ........................................................................................................................ 28

2.3.3創建機械裝置 ................................................................................................................ 31

2.4 Smart 組件設置 .................................................................................................................... 44

2.4.1裝配機器人 Smart 組件設置 ........................................................................................ 45

2.4.2各機械裝置的 Smart 組件設置 .................................................................................... 50

2.4.3 PoseMover 模塊設置 ..................................................................................................... 53

2.4.4焊接機器人 Smart 組件設置 ........................................................................................ 55

2.5信號連接 .............................................................................................................................. 56

2.5.1信號創建 ........................................................................................................................ 56

2.5.2工作站之間的信號連接 ................................................................................................ 58

2.6本章小結 .............................................................................................................................. 60

第 3 章虛擬仿真實驗 ............................................................................................................... 61

3.1相關理論基礎 ...................................................................................................................... 61

3.1.1國內外虛擬仿真實驗教學發展歷程 ........................................................................... 61

3.1.2虛擬仿真實驗教學含義及特點 .................................................................................... 62

3.1.3虛擬仿真實驗教學體繫 ................................................................................................ 63

3.2實驗總體描述 ...................................................................................................................... 63

3.2.1實驗教學目標 ................................................................................................................ 64

3.2.2實驗原理 ........................................................................................................................ 64

3.2.3實驗教學過程與實驗方法 ............................................................................................ 68

3.3實驗架構與開發設計 .......................................................................................................... 70

3.3.1網絡條件與用戶繫統 .................................................................................................... 70

3.3.2技術架構 ........................................................................................................................ 70

3.4實驗步驟與特色 .................................................................................................................. 71

3.4.1實驗教學操作步驟 ........................................................................................................ 71

3.4.2實驗教學特色 ................................................................................................................ 78

3.4.3教學資源共享 ................................................................................................................ 79

3.4.4師資隊伍建設 ................................................................................................................ 80

3.5本章小結 .............................................................................................................................. 81

第 4 章機器視覺缺陷檢測繫統設計 ................................................................................... 82

4.1缺陷檢測技術簡介 .............................................................................................................. 82

4.2 NI 機器視覺簡介 ................................................................................................................. 84

4.2.1 NI LabVIEW 簡介 ......................................................................................................... 85

4.2.2 NI Vision 簡介 ............................................................................................................... 86

4.3缺陷檢測硬件實現方案 ...................................................................................................... 89

4.3.1缺陷檢測繫統背景介紹 ................................................................................................ 89

4.3.2缺陷檢測硬件實現方案 ................................................................................................ 89

4.4缺陷檢測算法設計與驗證 .................................................................................................. 90

4.4.1二值化 ............................................................................................................................ 90

4.4.2獲取缺陷圖像 ................................................................................................................ 91

4.4.3缺陷顆粒分析 ................................................................................................................ 94

4.4.4缺陷分割 ........................................................................................................................ 95

4.5缺陷檢測軟件編程實現 ...................................................................................................... 97

4.5.1導出 VI 源程序 .............................................................................................................. 98

4.5.2機器視覺軟件框架 ...................................................................................................... 100

4.5.3用戶界面及菜單 .......................................................................................................... 103

4.5.4添加 ROI 及檢測結果顯示 ......................................................................................... 104

4.5.5生產日志與操作日志 .................................................................................................. 105

4.5.6配置文件 ...................................................................................................................... 107

4.5.7 I/O 卡控制 ................................................................................................................... 109

4.5.8自動運行 ...................................................................................................................... 109

4.6缺陷檢測聯機調試 ............................................................................................................ 110

4.7本章小結 ............................................................................................................................ 111

參考文獻........................................................................................................................................ 113