本書共7章，系統地介紹了工業機器人的基本組成、機械機構、運動學及動力學、控制系統、編程與調試、典型應用、管理與維護等內容。力求反映國內外近年來在機器人理論研究和生產應用方面的最新成果，內容涵蓋機器人搬運、碼垛、焊接、涂裝和裝配五大典型應用任務，使讀者對機器人工作站及其作業示教的基本過程有一個比較全面而清晰的認識，進而熟練操作工業機器人，并根據實際應用進行基本作業。本書每章最后都設計了思考與練習題，便于學生加深對相關知識的理解。
前 言
圍繞著《中國制造2025》戰略規劃，智能制造被定位為中國制造的主攻方向。工業機器人是智能裝備的重要基礎，也是未來實現工業自動化、數字化、智能化的保障。
機器人技術從誕生之日起至今，僅僅半個世紀的時間，已經廣泛應用于國民經濟及人類生活的各個領域。在現代化的工業生產中，機器人已逐步在焊接、搬運、碼垛、噴涂、裝配、加工檢驗等諸多領域充當了生產主力軍的作用，已經成為人類不可或缺的得力助手。在人類的日常生活中，機器人也在醫療、家政服務、保安、搶險排爆等方面，逐步改變著我們的生活和生存方式。
工業機器人是典型的機電一體化產品，涉及機械工程、電子技術、計算機技術、自動控制及人工智能等多個學科的知識。隨著工業機器人在人類生產和生活中的應用越來越普及，作為“新工科”的大學生和工程技術人員，非常有必要學習和掌握工業機器人相關的專業技術知識。
本書參考有關工業機器人的最新資料和信息，合理設置內容，是以工業機器人的基礎性、實用性、共用性為主線，并結合新工科人才培養方向而撰寫的。全書共7章，系統地介紹了工業機器人的基本組成、機械機構、運動學及動力學、控制系統、編程與調試、典型應用、管理與維護等內容。
本書內容新穎、系統全面，既有基本理論、基本方法，又有典型應用，理論聯系實際，將工業機器人的原理與構造、典型應用、操作與編程、管理與維護等壓縮在一本教材里，并且每章都設計了思考與練習題，便于學生加深對相關知識的理解。
本書由鄭州科技學院劉軍、鄭喜貴、張莉、蔣玲玲、邱慧、陳林林共同編寫，其中劉軍、鄭喜貴擔任主編，張莉、蔣玲玲擔任副主編。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械設計制造及其自動化、機械電子工程等專業的本科生及機械制造與自動化、機電一體化等相關專業的專科生教學使用，也可供工業機器人領域的教師、研究人員和工程技術人員學習參考。
本書在編寫過程中參閱了國內外諸多同行專家學者的機器人技術著作，作者在本書最后的參考文獻部分已列出，在此致以誠摯的謝意！鄭州科技學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！
由于機器人技術的發展日新月異，編者水平有限，本書難以對工業機器人技術進行全面、詳細的介紹，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，以便進一步提高本書的質量。
編 者
2017年5月
劉軍教授，鄭州科技學院機械工程學院院長，研究方向機械工程學科教材及先進制造技術等，擔任全國高校制造自動化研究會理事、河南省農業工程學會理事及農業電氣化與自動化專業委員會主任。
目 錄
第1章 緒論 1
1．1 工業機器人的定義 1
1．2 工業機器人的發展與應用 2
1．2．1 工業機器人的發展 2
1．2．2 工業機器人的應用 4
1．3 工業機器人的基本組成及技術參數 7
1．3．1 工業機器人的基本組成 7
1．3．2 工業機器人的技術參數 8
1．4 工業機器人的分類 11
本章小結 13
思考與練習 13
第2章 工業機器人的機械系統 14
2．1 工業機器人的手部結構 15
2．1．1 夾持類手部 15
2．1．2 吸附類手部 18
2．1．3 仿人機器人手部 20
2．2 工業機器人的腕部結構 22
2．2．1 腕部的轉動方式 22
2．2．2 腕部的分類 23
2．3 工業機器人的臂部結構 26
2．3．1 臂部特點和設計要求 26
2．3．2 臂部機構 27
2．3．3 機身和臂部的配置形式 30
2．4 工業機器人的機身機構 32
2．5 工業機器人的行走機構 34
2．5．1 車輪式行走機構 35
2．5．2 履帶式行走機構 36
2．5．3 足式行走機構 37
2．6 工業機器人驅動裝置和傳動單元 40
2．6．1 驅動裝置 40
2．6．2 傳動單元 41
本章小結 43
思考與練習題 44
第3章 工業機器人的運動學和動力學 45
3．1 工業機器人運動學 45
3．1．1 齊次坐標及對象物的描述 45
3．1．2 齊次變換及運算 50
3．1．3 工業機器人的連桿參數和齊次變換矩陣 55
3．1．4 工業機器人運動學方程 57
3．2 工業機器人動力學 66
3．2．1 工業機器人速度分析 66
3．2．2 工業機器人靜力分析 71
3．2．3 工業機器人動力學分析 74
本章小結 80
思考與練習 80
第4章 工業機器人控制系統 82
4．1 工業機器人控制裝置 82
4．1．1 工業機器人控制裝置組成和功能 82
4．1．2 工業機器人控制器 88
4．2 工業機器人驅動裝置 92
4．2．1 驅動裝置類型和組成 92
4．2．2 交流伺服驅動裝置 95
4．2．3 液壓氣動裝置的主要設備 98
4．3 工業機器人檢測裝置 106
4．3．1 工業機器人傳感器概述 106
4．3．2 內部傳感器 108
4．3．3 外部傳感器 113
本章小結 116
思考與練習 117
第5章 工業機器人的編程 118
5．1 工業機器人的編程方式 118
5．2 工業機器人的示教編程 119
5．2．1 ABB工業機器人基本運動指令 120
5．2．2 工業機器人示教編程的基本步驟 122
5．3 工業機器人的編程語言 125
5．3．1 工業機器人語言的發展概況 125
5．3．2 工業機器人的編程要求與語言類型 126
5．4 工業機器人語言系統結構和基本功能 128
5．4．1 工業機器人語言系統的結構 128
5．4．2 工業機器人編程語言的基本功能 129
5．5 常用的工業機器人編程語言 131
5．6 工業機器人的離線編程 132
5．6．1 工業機器人離線編程的特點和主要內容 132
5．6．2 工業機器人離線編程系統的結構 133
5．7 工業機器人的離線編程仿真軟件及編程示例 136
5．7．1 ABB工業機器人離線編程仿真軟件RobotStudio 136
5．7．2 工業機器人離線編程示例 141
本章小結 153
思考與練習題 153
第6章 工業機器人的典型應用 154
6．1 焊接機器人 154
6．1．1 焊接機器人的分類及特點 155
6．1．2 焊接機器人的系統組成 160
6．1．3 焊接機器人的周邊設備與工位布局 168
6．2 搬運機器人 177
6．2．1 搬運機器人的分類及特點 177
6．2．2 搬運機器人的系統組成 181
6．2．3 搬運機器人的周邊設備與工位布局 183
6．3 碼垛機器人 185
6．3．1 碼垛機器人的分類及特點 185
6．3．2 碼垛機器人的系統組成 186
6．3．3 碼垛機器人的周邊設備與工位布局 188
6．4 涂裝機器人 192
6．4．1 涂裝機器人的分類及特點 192
6．4．2 涂裝機器人的系統組成 194
6．4．3 涂裝機器人的周邊設備與布局 198
6．5 裝配機器人 202
6．5．1 裝配機器人的分類及特點 202
6．5．2 裝配機器人的系統組成 205
6．5．3 裝配機器人的周邊設備與工位布局 209
本章小結 210
思考與練習題 210
?第7章 工業機器人的管理與維護 215
7．1 工業機器人的管理 215
7．1．1 系統安全和工作環境安全管理 215
7．1．2 主機和控制柜的管理 219
7．2 工業機器人的維護和保養 221
7．2．1 控制裝置及示教器的檢查 221
7．2．2 機器人本體的檢查 222
7．2．3 連接電纜的檢查 223
7．2．4 日常維護及保養計劃 223
本章小結 224
思考與練習題 224
參考文獻 226
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