本書主要介紹了各種類型工業(yè)機器人本體和工業(yè)機器人的應(yīng)用系統(tǒng)。本書引用了大量的工程實例，這些實例都是在實際中得到了成功運用的，通過這些實例來介紹各種工業(yè)機器人在不同的應(yīng)用場合所需要的技術(shù)。這些技術(shù)涉及到工業(yè)機器人本體的設(shè)計制造技術(shù)、制造本體的材料、控制技術(shù)、感知元件、視覺技術(shù)、機器人手爪及末端執(zhí)行機構(gòu)、周邊設(shè)備、規(guī)整機構(gòu)、輸送機構(gòu)等。
國務(wù)院于2015 年5 月正式印發(fā)《中國制造2025》, “智能工廠” “智能生產(chǎn)” “智能物流” 將助中國由制造大國向制造強國邁進。工業(yè)機器人將大規(guī)模進入工業(yè)生產(chǎn), 助力中國裝備制造、汽車制造、電子產(chǎn)品制造、食品生產(chǎn)、產(chǎn)品物流等行業(yè)進入智能生產(chǎn), 最終實現(xiàn)大規(guī)模無人生產(chǎn)。
為了適應(yīng)新時期的要求, 各工科類高校紛紛設(shè)立機器人工程專業(yè), 為社會培養(yǎng)具有工業(yè)機器人工程應(yīng)用知識的新一代專業(yè)人才。
當前有很多有關(guān)工業(yè)機器人的教科書出版, 但縱覽群書后發(fā)現(xiàn), 尚缺少能全面概述各種類型的工業(yè)機器人及各種工業(yè)機器人工程應(yīng)用的教科書, 缺少能全面系統(tǒng)地以實際案例為背景介紹工業(yè)機器人應(yīng)用的教科書和參考書。為此, 我們組織了教學(xué)一線的教師和企業(yè)一線工程技術(shù)人員編寫了本書, 以滿足廣大師生和工程技術(shù)人員的需求。
本書主要介紹了各種類型的工業(yè)機器人, 以及當前社會生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用、成功應(yīng)用或具有應(yīng)用前景的工業(yè)機器人應(yīng)用系統(tǒng)。學(xué)完本書后, 學(xué)生應(yīng)對工程機器人及工業(yè)機器人應(yīng)用系統(tǒng)有一個全面的了解, 為今后的專業(yè)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ), 或能明確進行深入學(xué)習(xí)及自修的方向。
本書共分8 個項目, 項目1 介紹了工業(yè)機器人的發(fā)展史、工業(yè)機器人的分類; 項目2 介紹了工業(yè)機器人本體及組成工業(yè)機器人的關(guān)鍵部件; 項目3 介紹了機器人控制系統(tǒng); 項目4 介紹了工業(yè)機器人感知系統(tǒng), 以及各種感知元件和激光一維掃描、激光二維掃描、激光三維掃描的檢測與導(dǎo)航技術(shù); 項目5 介紹了工業(yè)機器人手爪, 主要是碼垛手爪和裝箱手爪; 項目6介紹了天軌、地軌裝置以及AGV 輸送小車; 項目7 介紹了工業(yè)機器人周邊輔助設(shè)備; 項目8介紹了各種工業(yè)機器人應(yīng)用系統(tǒng), 這是本書的重點部分。
本書的編者為廣東白云學(xué)院的教師。
主編任岳華曾在工業(yè)機器人智能工程企業(yè)擔任技術(shù)主管, 主持并參與了大量的機器人應(yīng)用工程的設(shè)計與實施, 為本書提供了主要素材, 并負責項目8 的編寫。本書大量引用的案例和圖樣均來源于實際工程的取材, 這也是本書的一大特色。
主編曹玉華為工學(xué)博士、教授, 是本書的編寫導(dǎo)師, 為本書的架構(gòu)及專業(yè)審核做了大量的工作, 并參與了本書項目5、項目6 部分內(nèi)容的編寫。
編者李林老師負責項目1、項目5 的編寫; 馮國苓教授負責項目7 的編寫; 鐘小華老師負責項目3、項目4 的編寫; 肖成軍老師負責項目2、項目6 的編寫。
本書中引用的實際案例的技術(shù)資料及圖樣等大都為編者所設(shè)計; 書中引用了發(fā)那科機器人、庫卡機器人公開的技術(shù)資料和圖片; 在介紹機器視覺技術(shù)時引用了韓九強教授主編的《機器視覺技術(shù)及應(yīng)用》的有關(guān)內(nèi)容。
由于本書應(yīng)用了大量案例, 具有工程設(shè)計與實施的參考價值, 所以本書不僅可作為大學(xué)本科機器人工程專業(yè)的基礎(chǔ)教材, 也可作為專業(yè)人員的參考書使用。
由于編者的水平有限, 書中難免存在不妥和錯誤之處, 敬請批評指正, 不勝感謝。
前言
項目1 工業(yè)機器人的發(fā)展史及分類……… 1
1. 1 概述………………………………………… 1
1. 2 工業(yè)機器人的發(fā)展歷程以及在我國的
發(fā)展現(xiàn)狀…………………………………… 1
1. 2. 1 工業(yè)機器人的發(fā)展歷程……………… 1
1. 2. 2 國外工業(yè)機器人的發(fā)展……………… 2
1. 2. 3 國產(chǎn)工業(yè)機器人的發(fā)展……………… 2
1. 3 工業(yè)機器人的分類及其特點……………… 5
1. 3. 1 機器人的坐標系描述及運動命名
原則…………………………………… 6
1. 3. 2 直線機器人…………………………… 8
1. 3. 3 圓柱坐標系機器人…………………… 8
1. 3. 4 關(guān)節(jié)坐標系機器人…………………… 8
1. 3. 5 并聯(lián)機構(gòu)機器人(蜘蛛機器人) … 9
1. 4 工業(yè)機器人應(yīng)用場合…………………… 10
習(xí)題……………………………………………… 10
項目2 工業(yè)機器人本體的關(guān)鍵部件與
構(gòu)成…………………………………… 11
2. 1 概述……………………………………… 11
2. 2 工業(yè)機器人的關(guān)鍵部件………………… 11
2. 2. 1 伺服電動機………………………… 11
2. 2. 2 諧波減速器………………………… 15
2. 2. 3 擺線針輪減速器…………………… 18
2. 2. 4 行星減速器………………………… 20
2. 2. 5 線性滑軌…………………………… 22
2. 2. 6 直線運動單元……………………… 24
2. 2. 7 滾珠絲杠…………………………… 24
2. 2. 8 同步帶……………………………… 26
2. 2. 9 回轉(zhuǎn)支承…………………………… 28
2. 2. 10 高精密軸承………………………… 29
2. 2. 11 直線電動機………………………… 30
2. 3 工業(yè)機器人本體制造使用的材料……… 31
2. 3. 1 鑄鐵………………………………… 31
2. 3. 2 鑄鋼………………………………… 31
2. 3. 3 鑄造不銹鋼………………………… 31
2. 3. 4 鋁合金型材………………………… 31
2. 3. 5 鑄造鋁合金………………………… 32
2. 3. 6 鑄造工藝…………………………… 32
2. 4 工業(yè)機器人本體結(jié)構(gòu)…………………… 33
2. 4. 1 直線機器人本體結(jié)構(gòu)……………… 33
2. 4. 2 平行機構(gòu)搬運機器人本體結(jié)構(gòu)…… 36
2. 4. 3 關(guān)節(jié)機器人本體結(jié)構(gòu)……………… 37
2. 4. 4 發(fā)那科機器人本體結(jié)構(gòu)…………… 39
習(xí)題……………………………………………… 42
項目3 機器人控制系統(tǒng)…………………… 44
3. 1 概述……………………………………… 44
3. 2 機器人的控制及編程軟件……………… 44
3. 2. 1 采用PLC+人機界面的軟件編程及
控制………………………………… 44
3. 2. 2 采用PLC+嵌入式觸摸屏和組態(tài)
軟件編程…………………………… 48
3. 2. 3 采用工業(yè)PC+PLC 的編程與控制… 49
3. 3 成套機器人控制系統(tǒng)…………………… 51
3. 3. 1 KEBA 機器人控制系統(tǒng)…………… 51
3. 3. 2 卡諾普機器人控制系統(tǒng)…………… 52
3. 4 發(fā)那科機器人控制系統(tǒng)………………… 56
3. 4. 1 發(fā)那科機器人系統(tǒng)組成…………… 56
3. 4. 2 發(fā)那科機器人控制系統(tǒng)———控制器
與通信……………………………… 56
3. 4. 3 發(fā)那科機器人控制系統(tǒng)———應(yīng)用
軟件工具包………………………… 62
習(xí)題……………………………………………… 63
項目4 工業(yè)機器人感知系統(tǒng)……………… 64
4. 1 概述……………………………………… 64
4. 2 力覺傳感器……………………………… 65
4. 3 角度傳感器……………………………… 65
4. 4 位移傳感器……………………………… 67
4. 5 距離傳感器……………………………… 68
4. 5. 1 激光檢測…………………………… 68
4. 5. 2 超聲波距離傳感器………………… 71
4. 6 接近傳感器……………………………… 72
4. 6. 1 接近開關(guān)…………………………… 72
4. 6. 2 霍爾開關(guān)…………………………… 73
Ⅴ
4. 7 位置傳感器……………………………… 73
4. 7. 1 光敏開關(guān)…………………………… 73
4. 7. 2 光纖放大器………………………… 74
4. 7. 3 光幕………………………………… 75
4. 7. 4 干簧管……………………………… 76
4. 7. 5 行程開關(guān)…………………………… 76
4. 8 運動傳感器……………………………… 76
4. 9 工業(yè)機器人二維視覺檢測系統(tǒng)………… 77
4. 9. 1 工業(yè)機器人二維視覺系統(tǒng)組成…… 78
4. 9. 2 工業(yè)機器人二維視覺系統(tǒng)硬件
介紹………………………………… 78
4. 9. 3 工業(yè)機器人二維視覺檢測實例…… 82
4. 10 工業(yè)機器人三維視覺檢測系統(tǒng)………… 84
4. 10. 1 三維激光視覺檢測系統(tǒng)
(發(fā)那科) ………………………… 84
4. 10. 2 機器視覺-結(jié)構(gòu)光測量的三角測量
原理………………………………… 85
4. 10. 3 三維激光視覺掃描儀的配置……… 87
4. 10. 4 iRVision 系統(tǒng)設(shè)置………………… 87
4. 10. 5 圖像軟件UIF 的使用……………… 88
4. 10. 6 應(yīng)用舉例…………………………… 89
習(xí)題……………………………………………… 90
項目5 工業(yè)機器人手爪…………………… 91
5. 1 概述……………………………………… 91
5. 2 碼垛手爪………………………………… 91
5. 2. 1 紙箱手爪…………………………… 91
5. 2. 2 膜包手爪…………………………… 92
5. 2. 3 袋裝手爪…………………………… 94
5. 3 裝箱手爪………………………………… 96
5. 3. 1 小型夾持手爪……………………… 96
5. 3. 2 利樂包的裝箱手爪………………… 97
5. 4 真空吸取手爪…………………………… 97
5. 4. 1 真空吸盤及其手爪結(jié)構(gòu)特點……… 97
5. 4. 2 真空吸盤的結(jié)構(gòu)與種類…………… 98
5. 4. 3 真空源的選用……………………… 98
5. 5 電磁吸取手爪…………………………… 101
5. 6 氣缸手爪………………………………… 101
5. 7 手爪快換接頭…………………………… 102
習(xí)題…………………………………………… 104
項目6 機器人本體移動裝置及AGV
輸送小車…………………………… 105
6. 1 概述……………………………………… 105
6. 2 機器人本體天軌移動裝置……………… 105
6. 3 機器人本體地軌移動裝置……………… 106
6. 4 AGV 小車……………………………… 106
6. 4. 1 輸送小車的分類、定位、供電和
通信………………………………… 106
6. 4. 2 用于機器人本體移動的小車……… 107
6. 4. 3 輸送小車的供電方式……………… 107
6. 4. 4 輸送小車的導(dǎo)航…………………… 111
6. 4. 5 輸送小車的結(jié)構(gòu)…………………… 112
6. 4. 6 其他AGV 輸送小車圖例………… 114
習(xí)題…………………………………………… 114
項目7 機器人周邊輔助設(shè)備…………… 115
7. 1 概述……………………………………… 115
7. 2 規(guī)整定位機構(gòu)…………………………… 115
7. 2. 1 碼垛規(guī)整機構(gòu)……………………… 115
7. 2. 2 裝箱規(guī)整機構(gòu)……………………… 119
7. 3 旋轉(zhuǎn)平臺………………………………… 120
7. 3. 1 機器人噴涂移動及旋轉(zhuǎn)臺………… 120
7. 3. 2 機器人焊接轉(zhuǎn)臺…………………… 121
7. 4 輸送機…………………………………… 124
7. 4. 1 皮帶輸送機………………………… 124
7. 4. 2 輥筒輸送機………………………… 126
7. 4. 3 鏈板輸送機………………………… 133
7. 4. 4 鏈條輸送機………………………… 137
7. 4. 5 物料的變道輸送機………………… 140
7. 4. 6 懸掛鏈輸送機……………………… 142
7. 4. 7 倍速鏈輸送機……………………… 144
習(xí)題…………………………………………… 148
項目8 工業(yè)機器人應(yīng)用系統(tǒng)…………… 149
8. 1 概述……………………………………… 149
8. 2 機器人焊接系統(tǒng)………………………… 149
8. 2. 1 機器人MIG/ MAG 焊接系統(tǒng)……… 150
8. 2. 2 機器人TIG 焊接系統(tǒng)……………… 151
8. 2. 3 機器人點焊焊接系統(tǒng)……………… 154
8. 2. 4 機器人激光焊接系統(tǒng)……………… 156
8. 3 機器人切割系統(tǒng)………………………… 160
8. 3. 1 機器人激光切割系統(tǒng)……………… 160
8. 3. 2 機器人等離子切割系統(tǒng)…………… 162
8. 4 機器人噴涂系統(tǒng)………………………… 163
8. 4. 1 機器人噴涂系統(tǒng)組成及優(yōu)點……… 163
8. 4. 2 噴涂機器人本體…………………… 164
8. 4. 3 噴具………………………………… 165
8. 4. 4 機器人噴涂定量配比控制………… 167
8. 5 機器人搬運系統(tǒng)………………………… 168
8. 5. 1 各種包裝形式的碼垛……………… 169
8. 5. 2 碼垛機器人………………………… 170
8. 5. 3 實例介紹: 某大型奶企的紙箱
碼垛生產(chǎn)線………………………… 171
8. 6 機器人裝箱系統(tǒng)………………………… 173
8. 6. 1 各種產(chǎn)品的機器人裝箱…………… 173
8. 6. 2 適合于裝箱作業(yè)的機器人………… 174
8. 6. 3 實例介紹: 某大型奶企的利樂
Ⅵ
包的裝箱生產(chǎn)線…………………… 174
8. 7 電路板插件機器人(自動插件機) … 176
8. 7. 1 插件機器人的使用………………… 176
8. 7. 2 插件機器人的組成………………… 177
8. 8 機器人沖床進料與出料裝置…………… 177
8. 8. 1 沖床機器人應(yīng)用舉例……………… 177
8. 8. 2 適用于沖(折) 床的機器人……… 178
8. 8. 3 實例介紹: 沖壓進給料機器人系統(tǒng)和
沖床機器人系統(tǒng)…………………… 179
8. 9 數(shù)控機床機器人進料與出料裝置………
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