《工业机器人基础》兰虎，王冬云主编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《工业机器人基础》

【作　者】兰虎，王冬云主编

【丛书名】现代机械工程系列精品教材

【页 数】 290

【出版社】 北京：机械工业出版社 , 2020.07

【ISBN号】978-7-111-65835-1

【价 格】40.00

【分 类】工业机器人-叩妊-教材

【参考文献】 兰虎，王冬云主编. 工业机器人基础. 北京：机械工业出版社, 2020.07.

图书封面：

图书目录：

《工业机器人基础》内容提要：

本书是根据教育部高等学院自动化专业教学指导委员新颁布的教学标准（参照国家和机械行业颁布的工业机器人系列标准），结合培养应用型工程技术人才的实践教学特点和编者近年来对于机器人工程应用的实践总结及教学经验编写的。本书分为基础搬运篇和加工检测篇，以介绍工业机器人为主，以读者了解和选用国内外先进工业机器人所需的实用知识为切入点，编入了工业机器人的共性基础知识（主要包括工业机器人的专用术语、机械结构、示教编程、外围设备、系统集成和生产布局等内容）和综合应用案例（涵盖客户需求分析、系统设计论证和方案实施效果）。同时，各单元也编入了目前国内外与工业机器人相关的著名生产或集成厂家信息及最新技术动态，以方便读者查询和应用。为方便“教”和“学”，本书配备有电子教案、多媒体课件、习题答案和微视频动画（采用二维码技术呈现，扫描二维码可直接观看视频内容）资源包，凡选用本书作为教材的师生均可登录机械工业出版社教育服务器（http:www.cmpedu.com）注册免费下载。本书内容丰富、结构清晰、文笔简洁、术语规范，既可作为普通高等工科院校自动化类和近自动化类（如机械类和电气类等）本科生的（工业机器人技术及应用课程）平台课或选修课教材，也可作为独立学院、高职高专和成人教育等同类专业教材，还可供行业、企业及机器人联盟和培训机构的相关技术人员参考。

《工业机器人基础》内容试读

第7章

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初识工业机器人的庐山真面目

工业机器人(Industrial Robot)指面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人，在工业生产加工过程中通过自动控制来代替人类执行某些单调、繁重和重复的长时间作业。它被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，是衡量一个国家创新能力和产业竞争力的重要标志，已成为全球新一轮科技和产业革命的重要切人点。

▣轮

1920年，捷克作家K.Cpek在其科幻剧本《罗素姆万能机器人》中将捷克斯洛伐克语中的“Robota”(意为被奴役的劳工)稍作改动，创造了“Robot'”一词，它成了“机器人”的起源，此后一直沿用至今。

1954年，美国人G.C.Devol申请了“通用机器人”专利，J.F.Engelberger基于该专利于1956年创立了世界上首家机器人制造公司Unimation,并制造出世界上首台数字化可编程

么工业机器人基础

的极坐标工业机器人“Unimate”,它被称为现代机器人的开端。

1962年，美国AMF公司试制出世界首台可编程圆柱坐标工业机器人“Versatran”1979年，美国Unimation公司又推出了PUMA机器人，它是一种多关节、全电动驱动、

多CPU二级控制的工业机器人，后来的工业机器人结构大体是以此为基础的。

1993年，一台名为“Dante”的八脚机器人试图探索南极洲的埃里伯斯火山，这一具有里程碑意义的行动由研究人员在美国远程操控，开辟了机器人探索危险环境的新纪元。

1999年，日本Soy公司推出的机器狗“AIB0”让科技产品爱好者一见倾心，这款机器狗能够自由地在房间里走动，并且能够对有限的一组命令做出反应。

2000年，由日本Honda Motor公司出品的人形机器人“ASIM0”走上了舞台，它身高

1.3m,能够以接近人类的姿态走路和奔跑。

2004年，美国国家航空航天局(NASA)的“Spirit Rover”探测器登陆火星，这台探测器在原先预定的90天任务结束后继续运行了6年时间，总旅程超过7.7km。

2012年，美国内华达州机动车辆管理局(NDM)颁发了世界第一张无人驾驶汽车

牌照，该牌照被授予一辆丰田普锐斯(Toyota Prius),这辆车使用Google公司开发的技术进行了改造。到目前为止，Google的无人驾驶汽车已经累计行驶30多万km,且未造成任何事故。

机器人术语

机器人(Robot)具有两个或两个以上可编程的轴，以及一定程度的自主能力，可在

一定的环境内运动以执行预期任务的执行机构。按照预期的用途，机器人可划分为工业机器人和服务机器人。

工业机器人(Industrial Robot)自动控制的、可重复编程的、多用途的自动操作装置，可对其三个或三个以上的轴进行编程控制，它可以是固定式或移动式，在工业自动化过程（包括但不限于制造、检验、包装和装配等）中使用。工业机器人一般包括操作机、控制器和某些集成的附加轴。

控制系统(Control System)一套具有逻辑控制和动力功能的系统，能控制和监测机器人机械结构并与环境（设备和使用者）进行通信。

示教盒(Teach Pendant)与控制系统相连，用来对机器人进行编程或使机器人运动的手持式单元。

操作机(Manipulator)用来抓取和（或）移动物体，由一些相互铰接或相对滑动的构件组成的多自由度机器。

末端执行器(End Effector)为使机器人完成其任务而专门设计并安装在机械接口处的装置。

机器人手臂(Robotic Arm)也称主关节轴，操作机上一组相互连接的杆件和主动关节，用以定位手腕。

机器人手腕(Robotic Wrist)也称副关节轴，操作机上在手臂和末端执行器之间的一组相互连接的杆件和主动关节，用以支承末端执行器并确定其位置和姿态。

服务机器人(Service Robot)除工业自动化应用外，能为人类或设备完成有用任务的

初识工业机器人的庐山真面目

机器人。

个人服务机器人(Personal Service Robot)用于非营利性任务的、一般由非专业人士使用的服务机器人，如家政服务机器人、个人移动助理机器人和小型健身机器人等。

专业服务机器人(Professional Service Robot)用于营利性任务的、一般由培训合格的操作员操作的服务机器人，如消防机器人、康复机器人和外科手术机器人等。

直角坐标机器人(Rectangular Robot)也称笛卡儿坐标机器人，手臂具有三个棱柱关节，其轴按直角坐标配置的机器人。

圆柱坐标机器人(Cylindrical Robot)手臂至少有一个回转关节和一个棱柱关节，其轴按圆柱坐标配置的机器人。

极坐标机器人(Polar Robot)也称球坐标机器人，手臂有两个回转关节和一个棱柱关节，其轴按极坐标配置的机器人。

关节机器人(Articulated Robot)手臂具有三个或更多个回转关节的机器人。

SCARA机器人(Selectively Compliant Arm for Robotic Assembly Robot)具有两个平行的回转轴（关节），以便在所选择的平面内提供柔性的机器人。

并联式机器人(Parallel Robot)手臂含有组成闭环结构的杆件的机器人。

【导入案例】

工业机器人引爆全球制造业智能化革命浪潮

“机器人革命”不是一场独立的革命，而是以数字化、智能化、网络化为特征的第三次工业革命的有机组成部分。如果说第二次工业革命是通过装备的自动化和标准化实现机器对人的体力劳动的替代，“机器人革命”则将推动机器对人的脑力劳动的替代，见图1-1。其影响不仅限于工业生产效率的提升，更在于从根本上克服传统工业生产方式下产品成本和产品多样性之间的冲突，从而推动从线性产品开发流程向并行产品开发流程的转变，使工业产品性能不断提升、产品功能不断丰富和产品开发周期不断缩减。

美国的“再工业化”。2009年初，美国开始调整经济发展战略，同年12月公布《重振美国制造业框架》。2011年6月和2012年2月，相继启动《先进制造业伙伴计划》和《先进制造业国家战略计划》，以智能化为主要方向，明确提出通过发展工业机器人提振美国先进制造业，并通过积极的工业政策，鼓励制造企业重返美国

德国的“工业4.0”。“工业4.0”是德国政府2010年正式推出的《高技术战略2020》中的十大未来项目之一。2013年底，德国电气电子和信息技术协会发布德国首个“工业

4.0”标准化路线图，目标是建立高度灵活的个性化和数字化产品与服务生产模式，推动制造业向智能化转型，以加强德国作为技术经济强国的核心竞争力。

我国的“中国制造2025”。2015年5月，由工信部等四部委联合起草的中国工业强国战略规划“中国制造2025”更加注重中国制造业战略的顶层设计和整体设计，提出实施五大工程和十个重点领域，最核心的是实施智能制造工程，力争到2025年使我国从“制造大国”转型为“智造强国”。

么工业机器人基础

图1-1工业机器人“点亮”智能制造

一资料来源：中国机床商务网，http://www.jc35.com/

【案例点评】

随着我国劳动力成本快速上涨，人口红利逐渐消失，生产方式向柔性、智能、精细转变，构建以智能制造为根本特征的新型制造体系迫在眉睫，对工业机器人的需求将大幅增长，这使得越来越多具有革命性改变意义的新型工业机器人相继问世。当前，工业机器人正通过单元或生产线集成的方式快速融入企业生产过程，为面向新时代的智能制造奠定坚实基础。

【知识讲解】

第1节工业机器人常见分类

自20世纪60年代问世以来，机器人就在不断的更新换代，应用领域持续拓展，新的机型、新的功能不断涌现，所涵盖的内容也越来越多，其完整定义和分类国际上尚无统一标

准。按照国际机器人联合会(F)的定义，机器人可分为工业机器人和服务机器人两大

类。工业机器人是在工业生产中使用的机器人的总称，若被应用于非制造业，则被认为是服务机器人。工业机器人分类有很多标准，限于篇幅，本单元的介绍仅侧重于对工业机器人选型及应用影响较大的三个方面：技术等级、结构形式和安装方式。

1.1按技术等级分类

工业机器人是一种集信息技术、传感技术、精密传动、数字控制、智能技术于一体的综合性高新技术产品。按照技术发展水平，工业机器人可以分为三代。

第，代是“示教：再现型”工业机器人（图1-2a,起源于20世纪60年代），由操作员

第①章初识工业机器人的庐山真面目

事先将完成某项作业所需的运动轨迹、作业条件和作业顺序等信息通过直接或间接的方式对

5

机器人进行“示教”，在此过程中，由机器人的记忆单元对上述示教过程进行记录。机器人工作时，会在一定的精度范围内再现被示教的作业内容。目前在工业中得到大量应用的工业机器人多属此类。

第二代为低级“智能型”工业机器人（图1-2b,诞生于20世纪80年代），装备有一定的传感装置（视觉、触觉、力觉等），能够获取工作环境和操作对象的简单信息，然后经由计算机处理、分析并做出简单的推理，实现对机器人动作的反馈控制。例如，采用视觉传感器实现无定位物件的导引抓取机器人，或者是采用接触传感器、激光视觉传感器实现焊缝初始寻位与自动跟踪的焊接机器人，亦或是采用力觉传感器实现工件打磨、抛光修正补偿的磨削机器人等。

第三代为高级、“智能型”工业机器人（从20世纪90年代至今），除具有完善的感知能力外，还具有体现高度适应性的规划决策能力。作为发展目标，此类机器人通常装备多种传感器，不仅可以感知自身的状态，而且能够感知外部环境的状态。更为重要的是，它们能够利用计算机处理传感结果并对作业任务进行规划，或根据作业过程中的多信息传感进行逻辑推理、判断决策，在变化的内部状态与变化的外部环境中，自主决定自身的行为。2015年4月，瑞士ABB机器人公司推出的人机协作双臂工业机器人YuMi(图1-2c)是第三代工业机器人的典型代表。第三代工业机器人与第五代计算机密切关联，功能仍处于研究开发阶段，尚未大规模应用。

a)第一代工业机器人

b)第二代工业机器人

c)第三代工业机器人

图1-2工业机器人发展的技术等级

1.2按结构形式分类

工业机器人是在二维空间具有类似人体下肢机能或在三维空间具有类似人体上肢机能的

工业机器人县础

多功能机器，其机械结构形式多种多样，比如模仿人体上肢动作的串联式单臂（双臂）机6

器人和模仿人体下肢动作的自动导引车(AGV)等。从机器人基本动作机构的角度出发，

一般采用结构形式（坐标特性）来描述。对于能够与人体上肢（主要是手和臂）执行类似动作的工业机器人而言，可将其分为直角坐标型工业机器人、圆柱坐标型工业机器人、球坐标型工业机器人和关节型工业机器人，见表1-1。其中，直角坐标型工业机器人和关节型工业机器人是目前世界上使用数量较多的两种。

表1-1工业机器人的机械结构类型

机器人类型

结构特点

适用场合

结构图示

该型机器人的运动部分是由空间上相互垂直的三个直线移动轴组成，主要通过三个方向独立的移动来完成机器人手部（末端执

直角坐标型

行器)的空间位置调整，无法实现空间姿态

机床

的变换，所形成的工作空间为长方体。机器

上下料

人本体结构简单，定位精度高，空间轨迹易于求解，但机体所占空间大，动作范围小，灵活性差，难与其他工业机器人协调工作

该型机器人的运动部分主要是由一个旋转轴和两个直线移动轴组成，与直角坐标型工业机器人一样具有三个独立自由度，所形

圆柱坐标型

成的工作空间为圆柱体的一部分。但其机

搬运

体所占空间较小，动作范围较大，机器人末端执行器的空间位置精度仅次于直角坐标型机器人

该型机器人又称极坐标型工业机器人，其手臂的运动部分主要是由两个旋转轴和一个直线移动轴组成，可实现回转、俯仰和前

球坐标型

后伸缩三种动作，所形成的工作空间是球面

搬运

的一部分。机器人本体结构较为紧凑，所占空间小于前面两类工业机器人，机器人末端执行器的空间位置精度与臂长成正比

该型机器人的本体与人手臂类似，一般由

四个以上的旋转轴组合而成，通过臂部和腕部的旋转、摆动等动作可以自由地实现三维

关

垂直

空间的各种姿态，所形成的工作空间近似一

搬运、装配

节

焊接、切割、

关节型个球体。与前述几类工业机器人相比，垂直

多关节型工业机器人的结构紧凑，灵活性

磨削、涂装、

型

大，占地面积小，还能与其他工业机器人协

检测

调工作，但机器人结构刚度较低，末端执行器的位置精度较低

···试读结束···