第1章工業機器人概論1



1.1工業機器人的定義及工作原理1



1.1.1工業機器人的定義1



1.1.2工業機器人工作原理2



1.2工業機器人的組成及分類2



1.2.1工業機器人的組成2



1.2.2機器人的分類5



1.3工業機器人的主要特征及表示方法9



1.3.1工業機器人的主要特征9



1.3.2工業機器人的主要特性表示方法9



1.4工業機器人的技術性能11



1.5工業機器人的基本設計方法16



1.5.1工業機器人的設計方法16



1.5.2工業機器人設計內容與步驟17



第2章工業機器人機械結構繫統設計19



2.1工業機器人總體設計19



2.1.1繫統設計19



2.1.2技術設計20



2.2工業機器人傳動機構設計22



2.2.1驅動方式22



2.2.2直線驅動機構24



2.2.3旋轉驅動機構25



2.2.4機器人中主要使用的減速器26



2.3工業機器人機身和臂部設計29



2.3.1機身設計29



2.3.2臂部設計32



2.4腕部設計35



2.4.1腕部的作用、自由度與手腕的分類35



2.4.2手腕關節的典型結構38



2.4.3MOTOMAN SV3機器人的手腕結構42



2.4.4六自由度關節型機器人的關節布置與結構特點42



2.5手部設計43



2.5.1手部的特點43



2.5.2手部的分類44



2.6工業機器人行走機構設計49



2.6.1車輪式行走機構49



2.6.2履帶式行走機構50



2.6.3步行機構51



2.7SCARA機器人機械繫統設計實例52



第3章工業機器人驅動繫統設計57



3.1工業機器人驅動裝置類型及特點57



3.2工業機器人驅動繫統選用原則58



3.3電液伺服繫統59



3.4氣動驅動繫統 60



3.5電動驅動繫統62



3.6自動搬運機器人驅動繫統設計實例65



3.6.1行走機構結構設計65



3.6.2車載機構結構設計66



第4章工業機器人控制繫統設計69



4.1機器人控制繫統的體繫結構、功能、組成和分類69



4.1.1機器人控制繫統的一般要求與體繫結構69



4.1.2機器人控制繫統的組成70



4.1.3機器人控制繫統分類71



4.2機器人整體控制繫統設計方法72



4.2.1控制繫統結構72



4.2.2控制繫統設計原則74



4.3幾種典型的控制方法75



4.3.1PID控制75



4.3.2滑模控制78



4.3.3自適應控制80



4.3.4模糊控制81



4.3.5機器人的順應控制82



4.3.6位置和力控制繫統結構82



4.4控制繫統硬件構成83



4.5控制繫統軟件構成85



4.5.1軟件構成85



4.5.2軟件功能86



4.6機器人控制繫統設計實例86



第5章工業機器人感覺繫統設計90



5.1工業機器人傳感器的分類及要求90



5.2工業機器人的觸覺繫統92



5.2.1接觸覺傳感器92



5.2.2滑覺傳感器93



5.3機器人視覺繫統的組成94



5.3.1視覺繫統組成95



5.3.2鏡頭和視覺傳感器97



5.3.3電氣輸出接口99



5.4並聯機器人感覺繫統設計實例100



第6章工業機器人編程繫統設計104



6.1機器人編程繫統及方式104



6.2編程語言的類型105



6.2.1編程語言的分類105



6.2.2機器人編程常用的四大語言107



6.3工業機器人編程、設計過程113



第7章示教與再現118



7.1示教再現原理118



7.1.1示教再現定義118



7.1.2示教的分類118



7.2示教再現操作方法119



7.2.1示教繫統的組成119



7.2.2示教再現操作119



第8章典型工業機器人設計實例129



8.1噴塗機器人129



8.1.1噴塗機器人的結構129



8.1.2噴塗機器人控制繫統130



8.1.3直接示教輕動化136



8.1.4應用實例137



8.2點焊機器人138



8.2.1點焊機器人的結構138



8.2.2點焊機器人控制繫統140



8.2.3點焊機器人應用實例142



8.3弧焊機器人144



8.3.1弧焊機器人的結構144



8.3.2弧焊機器人控制繫統146



8.3.3弧焊機器人應用實例148



8.4搬運機器人149



8.4.1搬運機器人的結構149



8.4.2搬運機器人控制繫統151



8.4.3搬運機器人應用實例155



8.5裝配機器人156



8.5.1裝配機器人結構156



8.5.2裝配機器人的驅動繫統157



8.5.3裝配機器人應用實例158



8.6衝壓機器人159



8.6.1衝壓機器人的結構159



8.6.2衝壓機器人控制繫統162



8.6.3衝壓機器人應用實例165



8.7壓鑄機器人167



8.7.1壓鑄機器人的結構167



8.7.2壓鑄機器人控制繫統168



8.7.3壓鑄機器人應用實例170



參考文獻173

工業機器人技術是近年來新技術發展的重要領域之一，是以微電子技術為主導的多種新興技術與機械技術交叉、綜合而成的一種綜合性高新技術，它涉及計算機科學、機械學、電子學、自動控制、人工智能等多個學科。工業機器人從出現到現在的短短幾十年中，已經廣泛地應用於國民經濟的各個領域，成為現代工業生產不可或缺的好幫手，在提高產品質量、加快產品更新、提高生產效率、促進制造業的柔性化、增強企業和國家的競爭力等方面都發揮著舉足輕重的地位，且在航空航天、海底探險、核工業中完成了人類難以完成的工作。因此，工業機器人技術不但在許多學校被列為機電一體化專業的必修課程，而且也成為廣大工程技術人員和機電愛好者迫切需要掌握的知識。



近年來，越來越多的國內企業在生產中采用了工業機器人，各種機器人生產廠家的銷售量都有大幅度的提高。據調查，我國已有幾百餘家工業機器人制造企業和繫統集成企業，但其中88%是繫統集成企業，全產業鏈機器人制造商還不多。中高端驅動器、減速器、控制器器件還需從國外進口。可以預見，中國的工業機器人產業將會在國民經濟中占據重要的地位，工業機器人技術也正因此吸引了越來越多的不同專業背景的科研技術人員開展深入研究。



目前，關於機器人實際操作和應用的知識隻能依賴於各種商業機器人產品的用戶手冊。所以編寫一本兼顧理論與實踐操作的工業機器人教材就顯得十分必要了。



本書主要內容包括工業機器人的基礎知識、工業機器人機械繫統、電動機驅動、運動學計算、控制技術、傳感器、軌跡規劃與編程操作及其應用等。並結合實驗教學使學生從機器人實體和實際工程應用兩方面對所學知識進行消化理解，以提升教學效果。



本書由婁底職業技術學院曹勝男、朱鼕老師和長沙民政職業技術學院祖國建教授編寫。在編寫過程中，參考了有關機器人方面的論著、資料，在此一並對其作者表示衷心的感謝。



由於編者水平有限，書中內容難免存在不足之處，懇請讀者給予批評指正。







編著者