本書共7章,系統(tǒng)地介紹了工業(yè)機(jī)器人的基本組成、機(jī)械機(jī)構(gòu)、運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)、控制系統(tǒng)、編程與調(diào)試、典型應(yīng)用、管理與維護(hù)等內(nèi)容。力求反映國內(nèi)外近年來在機(jī)器人理論研究和生產(chǎn)應(yīng)用方面的最新成果,內(nèi)容涵蓋機(jī)器人搬運(yùn)、碼垛、焊接、涂裝和裝配五大典型應(yīng)用任務(wù),使讀者對機(jī)器人工作站及其作業(yè)示教的基本過程有一個比較全面而清晰的認(rèn)識,進(jìn)而熟練操作工業(yè)機(jī)器人,并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行基本作業(yè)。本書每章最后都設(shè)計了思考與練習(xí)題,便于學(xué)生加深對相關(guān)知識的理解。
前 言
圍繞著《中國制造2025》戰(zhàn)略規(guī)劃,智能制造被定位為中國制造的主攻方向。工業(yè)機(jī)器人是智能裝備的重要基礎(chǔ),也是未來實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動化、數(shù)字化、智能化的保障。
機(jī)器人技術(shù)從誕生之日起至今,僅僅半個世紀(jì)的時間,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)及人類生活的各個領(lǐng)域。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中,機(jī)器人已逐步在焊接、搬運(yùn)、碼垛、噴涂、裝配、加工檢驗(yàn)等諸多領(lǐng)域充當(dāng)了生產(chǎn)主力軍的作用,已經(jīng)成為人類不可或缺的得力助手。在人類的日常生活中,機(jī)器人也在醫(yī)療、家政服務(wù)、保安、搶險排爆等方面,逐步改變著我們的生活和生存方式。
工業(yè)機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品,涉及機(jī)械工程、電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動控制及人工智能等多個學(xué)科的知識。隨著工業(yè)機(jī)器人在人類生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用越來越普及,作為“新工科”的大學(xué)生和工程技術(shù)人員,非常有必要學(xué)習(xí)和掌握工業(yè)機(jī)器人相關(guān)的專業(yè)技術(shù)知識。
本書參考有關(guān)工業(yè)機(jī)器人的最新資料和信息,合理設(shè)置內(nèi)容,是以工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)性、實(shí)用性、共用性為主線,并結(jié)合新工科人才培養(yǎng)方向而撰寫的。全書共7章,系統(tǒng)地介紹了工業(yè)機(jī)器人的基本組成、機(jī)械機(jī)構(gòu)、運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)、控制系統(tǒng)、編程與調(diào)試、典型應(yīng)用、管理與維護(hù)等內(nèi)容。
本書內(nèi)容新穎、系統(tǒng)全面,既有基本理論、基本方法,又有典型應(yīng)用,理論聯(lián)系實(shí)際,將工業(yè)機(jī)器人的原理與構(gòu)造、典型應(yīng)用、操作與編程、管理與維護(hù)等壓縮在一本教材里,并且每章都設(shè)計了思考與練習(xí)題,便于學(xué)生加深對相關(guān)知識的理解。
本書由鄭州科技學(xué)院劉軍、鄭喜貴、張莉、蔣玲玲、邱慧、陳林林共同編寫,其中劉軍、鄭喜貴擔(dān)任主編,張莉、蔣玲玲擔(dān)任副主編。具體編寫分工如下:劉軍編寫第1章,張莉編寫第2章,邱慧編寫第3、7章,陳林林編寫第4章,蔣玲玲編寫第5章,鄭喜貴編寫第6章。
本書既可作為高等院校機(jī)械設(shè)計制造及其自動化、機(jī)械電子工程等專業(yè)的本科生及機(jī)械制造與自動化、機(jī)電一體化等相關(guān)專業(yè)的?粕虒W(xué)使用,也可供工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的教師、研究人員和工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)參考。
本書在編寫過程中參閱了國內(nèi)外諸多同行專家學(xué)者的機(jī)器人技術(shù)著作,作者在本書最后的參考文獻(xiàn)部分已列出,在此致以誠摯的謝意!鄭州科技學(xué)院周文玉教授審閱了全書,并提出了許多寶貴的意見和建議,在此表示衷心的感謝!
由于機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展日新月異,編者水平有限,本書難以對工業(yè)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行全面、詳細(xì)的介紹,書中難免存在不足之處,敬請各位專家和廣大讀者批評指正,以便進(jìn)一步提高本書的質(zhì)量。
編 者
2017年5月
劉軍教授,鄭州科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院院長,研究方向機(jī)械工程學(xué)科教材及先進(jìn)制造技術(shù)等,擔(dān)任全國高校制造自動化研究會理事、河南省農(nóng)業(yè)工程學(xué)會理事及農(nóng)業(yè)電氣化與自動化專業(yè)委員會主任。
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 工業(yè)機(jī)器人的定義 1
1.2 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用 2
1.2.1 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 2
1.2.2 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用 4
1.3 工業(yè)機(jī)器人的基本組成及技術(shù)參數(shù) 7
1.3.1 工業(yè)機(jī)器人的基本組成 7
1.3.2 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù) 8
1.4 工業(yè)機(jī)器人的分類 11
本章小結(jié) 13
思考與練習(xí) 13
第2章 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng) 14
2.1 工業(yè)機(jī)器人的手部結(jié)構(gòu) 15
2.1.1 夾持類手部 15
2.1.2 吸附類手部 18
2.1.3 仿人機(jī)器人手部 20
2.2 工業(yè)機(jī)器人的腕部結(jié)構(gòu) 22
2.2.1 腕部的轉(zhuǎn)動方式 22
2.2.2 腕部的分類 23
2.3 工業(yè)機(jī)器人的臂部結(jié)構(gòu) 26
2.3.1 臂部特點(diǎn)和設(shè)計要求 26
2.3.2 臂部機(jī)構(gòu) 27
2.3.3 機(jī)身和臂部的配置形式 30
2.4 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)身機(jī)構(gòu) 32
2.5 工業(yè)機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu) 34
2.5.1 車輪式行走機(jī)構(gòu) 35
2.5.2 履帶式行走機(jī)構(gòu) 36
2.5.3 足式行走機(jī)構(gòu) 37
2.6 工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動裝置和傳動單元 40
2.6.1 驅(qū)動裝置 40
2.6.2 傳動單元 41
本章小結(jié) 43
思考與練習(xí)題 44
第3章 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué) 45
3.1 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué) 45
3.1.1 齊次坐標(biāo)及對象物的描述 45
3.1.2 齊次變換及運(yùn)算 50
3.1.3 工業(yè)機(jī)器人的連桿參數(shù)和齊次變換矩陣 55
3.1.4 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)方程 57
3.2 工業(yè)機(jī)器人動力學(xué) 66
3.2.1 工業(yè)機(jī)器人速度分析 66
3.2.2 工業(yè)機(jī)器人靜力分析 71
3.2.3 工業(yè)機(jī)器人動力學(xué)分析 74
本章小結(jié) 80
思考與練習(xí) 80
第4章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 82
4.1 工業(yè)機(jī)器人控制裝置 82
4.1.1 工業(yè)機(jī)器人控制裝置組成和功能 82
4.1.2 工業(yè)機(jī)器人控制器 88
4.2 工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動裝置 92
4.2.1 驅(qū)動裝置類型和組成 92
4.2.2 交流伺服驅(qū)動裝置 95
4.2.3 液壓氣動裝置的主要設(shè)備 98
4.3 工業(yè)機(jī)器人檢測裝置 106
4.3.1 工業(yè)機(jī)器人傳感器概述 106
4.3.2 內(nèi)部傳感器 108
4.3.3 外部傳感器 113
本章小結(jié) 116
思考與練習(xí) 117
第5章 工業(yè)機(jī)器人的編程 118
5.1 工業(yè)機(jī)器人的編程方式 118
5.2 工業(yè)機(jī)器人的示教編程 119
5.2.1 ABB工業(yè)機(jī)器人基本運(yùn)動指令 120
5.2.2 工業(yè)機(jī)器人示教編程的基本步驟 122
5.3 工業(yè)機(jī)器人的編程語言 125
5.3.1 工業(yè)機(jī)器人語言的發(fā)展概況 125
5.3.2 工業(yè)機(jī)器人的編程要求與語言類型 126
5.4 工業(yè)機(jī)器人語言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本功能 128
5.4.1 工業(yè)機(jī)器人語言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 128
5.4.2 工業(yè)機(jī)器人編程語言的基本功能 129
5.5 常用的工業(yè)機(jī)器人編程語言 131
5.6 工業(yè)機(jī)器人的離線編程 132
5.6.1 工業(yè)機(jī)器人離線編程的特點(diǎn)和主要內(nèi)容 132
5.6.2 工業(yè)機(jī)器人離線編程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 133
5.7 工業(yè)機(jī)器人的離線編程仿真軟件及編程示例 136
5.7.1 ABB工業(yè)機(jī)器人離線編程仿真軟件RobotStudio 136
5.7.2 工業(yè)機(jī)器人離線編程示例 141
本章小結(jié) 153
思考與練習(xí)題 153
第6章 工業(yè)機(jī)器人的典型應(yīng)用 154
6.1 焊接機(jī)器人 154
6.1.1 焊接機(jī)器人的分類及特點(diǎn) 155
6.1.2 焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成 160
6.1.3 焊接機(jī)器人的周邊設(shè)備與工位布局 168
6.2 搬運(yùn)機(jī)器人 177
6.2.1 搬運(yùn)機(jī)器人的分類及特點(diǎn) 177
6.2.2 搬運(yùn)機(jī)器人的系統(tǒng)組成 181
6.2.3 搬運(yùn)機(jī)器人的周邊設(shè)備與工位布局 183
6.3 碼垛機(jī)器人 185
6.3.1 碼垛機(jī)器人的分類及特點(diǎn) 185
6.3.2 碼垛機(jī)器人的系統(tǒng)組成 186
6.3.3 碼垛機(jī)器人的周邊設(shè)備與工位布局 188
6.4 涂裝機(jī)器人 192
6.4.1 涂裝機(jī)器人的分類及特點(diǎn) 192
6.4.2 涂裝機(jī)器人的系統(tǒng)組成 194
6.4.3 涂裝機(jī)器人的周邊設(shè)備與布局 198
6.5 裝配機(jī)器人 202
6.5.1 裝配機(jī)器人的分類及特點(diǎn) 202
6.5.2 裝配機(jī)器人的系統(tǒng)組成 205
6.5.3 裝配機(jī)器人的周邊設(shè)備與工位布局 209
本章小結(jié) 210
思考與練習(xí)題 210
?第7章 工業(yè)機(jī)器人的管理與維護(hù) 215
7.1 工業(yè)機(jī)器人的管理 215
7.1.1 系統(tǒng)安全和工作環(huán)境安全管理 215
7.1.2 主機(jī)和控制柜的管理 219
7.2 工業(yè)機(jī)器人的維護(hù)和保養(yǎng) 221
7.2.1 控制裝置及示教器的檢查 221
7.2.2 機(jī)器人本體的檢查 222
7.2.3 連接電纜的檢查 223
7.2.4 日常維護(hù)及保養(yǎng)計劃 223
本章小結(jié) 224
思考與練習(xí)題 224
參考文獻(xiàn) 226