模塊一 
工業機器人及其應用 1



任務1了解機器人的起源與發展 2



一、任務導入 2



二、機器人的起源 2



三、國際機器人的發展 4



四、我國機器人的發展 4



任務2熟悉機器人的定義與分類 6



一、任務導入 6



二、機器人的定義 6



三、機器人的分類 8



任務3熟悉工業機器人的基本組成及參數 11



一、任務導入 11



二、機器人的基本組成 12



三、機器人的技術參數 14



任務4了解工業機器人的典型應用 15



一、任務導入 15



二、工業機器人的典型應用 16



模塊小結 18



習題 18







模塊二  工業機器人數學基礎 19



任務1矩陣及其運算 20



一、任務導入 20



二、矩陣的基本理論 20



三、矩陣的運算 23



任務2位置與姿態描述 26



一、任務導入 26



二、坐標繫的定義 26



三、位置描述 28



四、姿態描述 30



五、位姿描述 32



任務3坐標變換 33



一、任務導入 33



二、平移坐標變換 34



三、旋轉坐標變換 35



四、復合坐標變換 36



五、齊次坐標變換 37



六、平移齊次坐標變換 38



七、旋轉齊次坐標變換 39



模塊小結 41



習題 42







模塊三  工業機器人運動學 44



任務1工業機器人位姿描述 45



一、任務導入 45



二、點的位置描述 45



三、點的齊次坐標 45



四、坐標軸方向的描述 46



五、動坐標繫位姿的描述 46



六、齊次變換和運算 49



任務2工業機器人正向運動學及實例 53



一、任務導入 53



二、工業機器人正向運動學方程及實例 54



任務3工業機器人逆向運動學及實例 61



一、任務導入 61



二、工業機器人逆向運動學方程及實例 61



模塊小結 65



習題 65







模塊四  工業機器人動力學 68



任務1牛頓-歐拉方程 69



一、任務導入 69



二、慣量矩陣 69



三、牛頓-歐拉方程 70



四、牛頓-歐拉方程推導應用舉例 71



任務2拉格朗日方程 75



一、任務導入 75



二、拉格朗日方程推導舉例 76



三、拉格朗日方程應用舉例 78



模塊小結 80



習題 81







模塊五  工業機器人機械結構 82



任務1工業機器人的手部結構 83



一、任務導入 83



二、機器人的手部結構 83



三、工業機器人的手部 83



任務2工業機器人的手腕結構 90



一、任務導入 90



二、機器人手腕概述 90



三、機器人手腕的分類 91



四、手腕的典型結構 93



任務3工業機器人的手臂結構 95



一、任務導入 95



二、手臂概述 95



三、臂部的分類 95



四、手臂的運動機構介紹 96



任務4工業機器人的機身結構 99



一、任務導入 99



二、機身概述 99



三、機身的典型結構 99



四、機身與臂部的配置形式 100



任務5工業機器人的驅動與傳動 102



一、任務導入 102



二、工業機器人的驅動繫統 103



三、工業機器人的傳動機構 106



模塊小結 108



習題 109







模塊六  工業機器人感知技術 110



任務1了解工業機器人傳感器 111



一、任務導入 111



二、工業機器人傳感器概述 111



三、傳感器的特性 112



四、機器人傳感器 112



五、機器人傳感器技術的發展趨勢 114



任務2熟悉內部傳感器裝置 116



一、任務導入 116



二、位移傳感器 116



三、角度傳感器 117



任務3熟悉外部傳感器裝置 118



一、任務導入 118



二、力覺傳感器 118



三、觸覺傳感器 118



四、接近覺傳感器 119



五、滑覺傳感器 119



六、視覺傳感器 119



七、聽覺傳感器 120



八、味覺傳感器 120



任務4了解視覺裝置 120



一、任務導入 120



二、光電轉換器件 121



三、視覺傳感器的分類 121



四、工業機器人視覺繫統 122



模塊小結 123



習題 123







模塊七  工業機器人控制 125



任務1工業機器人控制的分類、變量與層次 126



一、任務導入 126



二、機器人的基本控制原則 126



任務2工業機器人控制繫統的功能和組成 129



一、任務導入 129



二、工業機器人控制繫統結構組成 129



三、工業機器人控制技術發展現狀 130



任務3工業機器人的位置控制 131



一、任務導入 131



二、位置控制的基本結構 132



三、位置控制繫統結構 133



四、多關節位置控制器 134



任務4工業機器人的力控制 134



一、任務導入 134



二、力控制概述 134



三、力控制中的關鍵問題 135



四、機器人力控制研究的前景 136



任務5工業機器人的力和位置混合控制 136



一、任務導入 136



二、機器人力和位置控制概述 137



三、力/位混合控制思想 137



四、力/位混合控制在作業中的控制方案 137



五、力/位混合控制繫統結構 138



模塊小結 139



習題 139







模塊八  工業機器人編程 140



任務1了解機器人編程方式 141



一、任務導入 141



二、編程方式 141



任務2了解工業機器人編程要求和語言類型 142



一、任務導入 142



二、工業機器人的編程要求 143



三、工業機器人的編程語言類型 144



任務3了解工業機器人語言繫統結構和基本功能 147



一、任務導入 147



二、工業機器人語言繫統結構 148



三、工業機器人語言的基本功能 151



任務4了解常用的機器人編程語言 152



一、任務導入 152



二、VAL語言 153



三、AL語言 153



四、AUTOPASS語言 155



五、SIGLA語言 155



六、IML語言 156



任務5了解工業機器人的離線編程 156



一、任務導入 156



二、離線編程的概念 157



三、離線編程繫統的一般要求 157



四、離線編程繫統的基本組成 158



模塊小結 160



習題 160







模塊九  工業機器人軌跡規劃 162



任務1了解工業機器人軌跡規劃 163



一、任務導入 163



二、機器人軌跡規劃的概念 163



三、軌跡規劃的一般性問題 163



四、軌跡的生成方式 165



任務2掌握關節空間法 165



一、任務導入 165



二、三次多項式插值 165



三、過路徑點的三次多項式插值 167



四、五次多項式插值 168



五、用拋物線過渡的線性函數插值 168



任務3熟悉直角坐標空間法 170



一、任務導入 170



二、直角坐標空間描述 170



三、直角坐標空間的軌跡規劃 171



任務4了解軌跡的實時生成 172



一、任務導入 172



二、關節空間軌跡的生成 172



三、直角坐標空間軌跡的生成 173



模塊小結 174



習題 174







模塊十  工業機器人典型應用 175



任務1了解裝配機器人 176



一、任務導入 176



二、裝配機器人的發展狀況 177



三、了解裝配機器人在生產中的應用 177



任務2了解焊接機器人 178



一、任務導入 178



二、焊接機器人的發展狀況 179



三、了解焊接機器人在生產中的應用 179



任務3了解噴塗機器人 180



一、任務導入 180



二、噴塗機器人的發展狀況 181



三、了解噴塗機器人在生產中的應用 182



任務4了解移動式搬運機器人 183



一、任務導入 183



二、移動式搬運機器人的發展狀況 183



三、了解移動式搬運機器人在生產中的應用 184



模塊小結 185



習題 186







參考文獻 187

中國高等職業教育作為社會經濟發展的重要基礎和教育戰略重點的地位已經確定，高職教育在“以服務為宗旨，以就業為導學”的辦學方針指導下得到快速發展。同時，中國已成為全球制造業大國，並正在積極向制造強國轉變，“中國制造2025”以工業機器人為突破點，大力發展智能制造裝備產業急需大批高素質技能型工業機器人技術專門人纔。因此，工業機器人應用人纔的培養是我國職業院校的重要任務之一。



工業機器人技術基礎主要講解工業機器人基本知識和基本技能，本書貫徹以就業為導向的辦學方針，實現課程對接崗位、教材對接技能的目的，為更好地適應“工學結合、任務驅動模式”的教學要求，基於模塊化結構，突出工業機器人技術的基礎性、實用性和共用性知識，通過工作任務實施進行教材內容組織，以實現相應知識目標和技能目標。



本書在內容選取上立足於高素質技能型專門人纔培養的知識與能力要求，通過對工業機器人認識與了解，學習工業機器人運動控制的數學工具、運動特征、內部結構、感知技術、控制理論、編程基礎、軌跡規劃等內容，並了解典型工業機器人在工業生產中的實際應用等。



本書由揚州工業職業技術學院楊潤賢、湖南理工職業技術學院曾小波主編，揚州工業職業技術學院高楊、徐州工業職業技術學院詹國兵、漯河職業技術學院陳冰副主編，揚州高等職業技術學校劉瀟，河南應用職業技術學院孫彩雲、郜海超、張繪敏和河北化工醫藥職業技術學院陳鼕參編，其中：模塊一由楊潤賢、高楊編寫，模塊二由楊潤賢、劉瀟編寫，模塊三由曾小波編寫，模塊四由詹國兵編寫，模塊五由陳冰編寫，模塊六由孫彩雲編寫，模塊七由郜海超編寫，模塊八由張繪敏編寫，模塊九由陳鼕編寫，模塊十由楊潤賢編寫。全書由揚州工業職業技術學院王斌教授主審。



本書在編寫過程中得到了南京埃斯頓工業機器人有限公司、天津彼洋機器人繫統工程有限公司專家們的大力支持，在此一並表示感謝。



為方便教學，本書配套視頻、微課、課件等數字資源，視頻、微課等通過掃描書中二維碼觀看學習，教學課件等可登錄化學工業出版社教學資源網www.cipedu.com.cn免費下載。



由於編者水平有限，書中難免存在疏漏和不妥之處，懇請廣大讀者批評指正。



  



編者