《工业机器人技术》荆学东|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《工业机器人技术》

【作　者】荆学东

【丛书名】创新应用型数字交互规划教材·机械工程

【页 数】 244

【出版社】 上海：上海科学技术出版社 , 2018.06

【ISBN号】978-7-5478-3892-1

【价 格】59

【分 类】工业机器人-教材

【参考文献】 荆学东. 工业机器人技术. 上海：上海科学技术出版社, 2018.06.

图书封面：

图书目录：

《工业机器人技术》内容提要：

本书是面向工业机器人技术现场应用的教材，包括机器人技术基础知识和工业机器人技术应用两部分。基础知识包括第1-5章，内容涉及机器人的运动学、动力学、控制技术，以及机器人末端执行器设计，构成相对完整的工业机器人技术知识体系，是研究和应用机器人技术解决实际问题的基础。应用部分包括第6-10章，主要在工业机器人涉及的关键技术基础上，突出应用工业机器人技术解决工程实际问题的方法。本书邀请长期从事工业机器人应用开发的企业技术人员参与工程案例的撰写，指导学生应用总线技术以及PLC技术，将工业机器人与生产系统相集成，从而完成既定目标。教材力争做到入门内容浅显易懂，利用实例和实验将与工业机器人相关的知识点有机串联起来。本书依托增强现实（AR）技术，将视频等数字资源与纸质教材交互，为读者带来更丰富有效的阅读体验。本书还在出版社网站（www.sstp.cn）“课件配套资源”栏目提供免费电子教学资源，供读者参考。本书可作为高等院校机器人技术相关专业的本科生和研究生教材，也可为学习和掌握工业机器人技术及应用的工程技术人员提供参考。

《工业机器人技术》内容试读

第1章

绪论

⊙学习成果达成要求

学生应达成的能力要求包括：

1,了解工业机器人的概念，了解机器人的结构组成、分类及关键技术。

2.熟悉工业机器人的关健技术指标。

3.了解工业机器人编程语言的作用和工业机器人的主要应用领域。

4.熟悉应用机器人解决工程问题面临的基本任务。

机器人的出现，既是科幻作家梦想的实现，也是科学家和工程技术人员的执着追求、灵感和智慧的结晶，揭示了技术“服务于人类”，同时也在“向人类学习”的过程中不断进步这一客观规律。最初的机器人外形上更像“机器”，动作比较“机械”，而当今的机器人在外形和功能上越来越接近“人”。这是机器人技术发展的脉络。机器人首先是机器，离不开运动和控制，因而，机器人技术离不开伺服驱动和控制技术的支撑，也伴随着不同时期新技术的发展而发展，特别是计算机技术和信息技术对机器人向智能化发展起到了关键作用。机器人技术不是一种单一的技术，它涉及机械工程、电气工程、计算机科学与工程学科以及高等数学、工程数学和工程力学等。在研究和应用工业机器人技术解决工程问题时，掌握这些学科的基础知识是需要的。

1.1工业机器人简介

按照国际标准化组织(ISO)的定义：机器人是一种具有多功能、可编程的操作机，用于搬运

材料、零件和工具等：或者是为了执行不同的任务而具有运动可改变或可编程（控制）的专门系统。

机器人按照用途可以分为工业机器人和服务机器人两大类。工业机器人是面向工业生产领域的机器人，主要指机械手。本质上工业机器人是一种安装有记忆装置和末端执行装置，能够完成各种运动来代替人类劳动的通用机器。

自1961年Unimation公司生产出世界上第一台工业机器人以来，工业机器人的发展已有近60年的历史，其间主要经历了四个典型阶段：20世纪50一60年代，工业机器人萌芽阶段，液压伺服驱动技术日臻成熟；70一80年代，液压伺服驱动的工业机器人在汽车制造业开始批量应用；90年代至21世纪初，电气伺服驱动技术发展成熟，工业机器人应用快速增长；21世纪10年代，信息技术和网络技术引领机器人技术，工业机器人进入普及及智能化时代

在上述过程中，先后有示教机器人、感觉机器人和智能机器人三代工业机器人出现。工业

2·工业机器人技术

机器人技术的发展和应用一直依赖于伺服驱动技术、伺服控制技术和传感器技术的发展。工业机器人发展从2轴到6轴、从重量级到轻量级，驱动方式从液压驱动到电机驱动，应用领域从汽车工业到其他行业，工业机器人新的功能和应用领域不断增加。目前有110多万台工业机器人在世界各地的工厂投入运行。

机器人作为一种具有高度柔性的自动化设备，广泛应用于制造业的各个领域，它对提高生产线的柔性具有特别重要的意义。工业机器人及其自动化成套设备的拥有数量和水平是衡量

一个国家制造业综合实力的重要标志之一。

目前工业机器人的产业链也日臻完善。产业链的上游是机器人制造商，下游是机器人系统集成商。然而只有机器人本身是无法完成任何具体工作的，需要将机器人与外围设备集成之后才能为终端客户所用。系统集成商为终端客户提供解决方案，负责工业机器人的系统集成和应用软件开发。在我国，机器人系统集成商一般购买商用机器人整机，然后根据不同行业或客户的需求，制订出符合生产需求的整体解决方案。

1.2工业机器人的组成、分类及关键技术

1.2.1工业机器人的组成

工业机器人一般由控制柜，机器人本体、示教盘和编程器组成。机器人本体是机器人机械系统的总称，它包括机体结构和机械传动系统，一般包括传动部件、机身及行走机构、臂部、腕部和手部五个部分

典型的工业机器人本体具体结构如图1-1所示。

/4、5

10913、141817/16

.20

12

112、3

19

21、22.23

图1-1工业机器人本体结构

1一腰部伺服电机（轴1）：2一肩部同服电机（轴2）：3一支撑轴承：4一肘部同服电机（轴3）：5一支撑轴承（轴3）：

6一腰部减速器（一般为RV诚速器）：7一肩部减速器（一般为RV减速器）：8一肘部减速器（一般为RV减速器）：

9一手腕轴4同服电机总成：10一手腕轴5同服电机总成：11一手腕轴6伺服电机总成：12一手腕轴4减速器（一般为谐波减速器）：13一手腕轴5旋转接头总成：14一手腕轴6旋转接头总成：

15一手腕传动带组：16一阀组总成：17一手腕1/O接口：18一手腕总线接口：19一电缆组：

20一仪表盒；21一旋转变压器数字转换器(RIDC):22—1/0模块：23一接线端子

第1章绪论·3

1.2.2工业机器人的分类

工业机器人按坐标形式分为直角坐标机器人、圆柱坐标机器人、球坐标机器人和关节机器人，如图1-2所示

(a)直角坐标机器人

(b)圆柱坐标机器人

()球坐标机器人

(d)关节机器人

图1-2工业机器人的坐标形式

不同坐标形式工业机器人的特点及应用见表1一-1。

表1-1不同坐标形式工业机器人的特点及应用

坐标

作业空间

惯性

定位

定向

结构

应用

形式

特点及应用范围

大小

形状

精度

特征

特点

情况

机器人末端宜做直线运动，适用于

直角坐标较小

立方体

较大容易控制

好

简单较多

长方体形作业空间

机器人末端易做圆弧形轨迹运动，适

圆柱坐标较大空间柱体较大容易控制较好较简单较多

用于圆弧形及圆柱体作业空间，能改变工件一个轴向的方位，不宜做直线运动能改变工件两个轴向的方位，适用

球坐标

扇形截面

旋转体较小不易控制

差

较复杂较少

于扇形截面的回转体作业空间，不宜做直线运动

臂能折叠，并传送工件到任意方

关节型

大

球体

较小不易控制

差

复杂较多向，宜做复杂动作，能改变工件三个

轴向的方位

能扩大作业范围，并具有相关运动

复合坐标

柱体

较大不易控制

较复杂较少坐标形式的部分特点，适用于多工位

的移动式作业

·工业机器人技术

工业机器人按照几何结构特点可分为串联机器人和并联机器人。串联机器人(serialrobot)是一种具有开式运动链的机器人，机器人的各个连杆通过转动关节或移动关节按照一定的顺序依次连接，形成一条开链，如图1-1所示。

并联机器人(parallel robot)是指机器人的末端执行器（动平台）和基座（定平台）之间通过两个或两个以上完全相同的独立的运动链相连接，以并联方式驱动的一种具有闭链机构的机器人。

与串联机器人相比，并联机器人有以下特点：①机器人刚度大，结构稳定：②承载能力强：

③微动精度高；④在位置求解上，并联机器人反解容易，但正解困难，串联机器人则相反，其正解容易，反解困难

基于上述特点，并联机器人在需要高刚度、高精度或者大载荷而无须很大工作空间的领域得到了广泛应用

机器人中常用驱动方式的特点见表1-2

表1-2不同驱动方式的特点对比

驱动方式

比较

内容

电机驱动

气压驱动

液压驱动

伺服电机驱动

步进电机驱动

输出力

输出力较小，过载能

输出力较小，一般无

气体压力小，输出

液压压力大，可获

力强

过载能力

力较小

得较大的输出力

速度快，冲击大

油液不可压缩，流

定位准确，但精度没

精确定位难，气体困

控制

控制性能好，可精确

量易精确控制，可实

有伺服电机高；低频控

性能

定位，但控制系统复杂

缩性大，阻尼效果

现无级调速，可实现

制性能差

差，位移和速度不易控制

连续轨迹控制

体积

体积较小

体积小

体积较大

在输出力相同的条件下体积小

维修方便，能在高

维护

维修使用较复杂

相对于伺服电机

维修方便，液体对

维修

温、粉尘等恶劣环境

简单

温度变化敏感，油液

中使用，泄漏影响小

泄漏影响大，易着火

中小型专用，通用

可实现复杂运动轨

可实现复杂运动轨

应用

迹控制的中小型通用

中小型专用，通用

范围

迹控制的中小型通用

机械手也有应用，重

机械手控制

机械手也有应用

机械手的开环控制

型机械手多为液压驱动

成本

成本较高

成本高，相对伺服电

结构简单，气源供

液压元件成本较

机低

给方便，成本低

高，油路系统复杂

1.2.3工业机器人的关键技术

工业机器人有四大关键技术，包括机器人用减速器技术、多轴伺服控制技术、伺服电机及其驱动技术和传感器技术。

1)机器人用减速器技术

机器人的关节一般采用电机驱动，腰部以上的电机分别安装在肩部、肘部和腕部，它们的

第1章绪论·5

重量影响末端执行器的有效负载和运动速度大小。目前每个关节的驱动电机由于受到尺寸和重量的约束，难以输出能满足负载所需的力和力矩。为此，需要通过减速器降低输出速度而增大输出力或力矩。目前应用于工业机器人领域的减速器主要有RV(rot-vector)减速器和谐波减速器

RV减速器采用两级减速，如图1-3所示，具有传动比大、传动效率高、运动精度高、回差

小、振动低、疲劳强度大和刚度大以及工作寿命长等优点，故一般用于机器人大臂、肘部和肩部的传动，以承受较大负载

外壳

针轮

输人轴

RV齿轮

输出

直齿轮

轴

曲轴

第二级减速

第一级诚迪

(摆线齿轮)

(直齿轮)

图1-3RV减速器

谐波减速器由固定的内齿刚轮、柔轮和使柔轮发生径向变形的波发生器组成，具有结构简单、体积小、重量轻、传动比范围大、承载能力强、运动平稳、传动效率高等优点，一般用于机器人的小臂、腕部和手部的传动，如图1一4所示。

波发生器

图1-4谐波减速器

目前市场上主流的工业机器人用减速器主要包括帝人减速器(Nabtesco)、住友减速器(Sumitomo)、Hlarmonic Drive谐波减速器、利罗尔西(Rossi)减速器、Dynabox减速器和

SEW减速器等

2)多轴伺服控制技术

机器人的伺服系统包括伺服控制器、伺服电机驱动器和伺服电机，如图1-5所示。

6·工业机器人技术

电源

伺服驱动器

指今位置

接CNIA

接触器

接CNIB中继端子

。

接CN

L11

@@@@@

L21

-接上

电机驱动电缆

编码器电缆

图1-5伺服控制系统组成

机器人作业前需要进行运动规划，即根据作业对象的要求，确定机器人末端执行器的运动轨迹和姿态变化。该运动轨迹和姿态变化要分解成机器人每个关节的运动。机器人末端的运动轨迹一般需要多个关节轴联动才能实现。所谓联动，是指机器人各个坐标轴之间的位移、速度和加速度保持严格的定量关系。因而，如何保证相关的关节联动，且保证多关节的合成运动精度，是机器人控制的核心问题。市场上主流品牌的工业机器人都使用专用的多轴伺服控制器，这是机器人核心技术之一。

3)伺服电机及其驱动技术

伺服电机不仅能实现位置精确控制，而且可以实现速度和加速度精确控制。伺服电机转子的角位移和转速受输入信号控制，并能快速反应，且具有时间常数小、线性度高等特点。同服电机分为直流和交流伺服电机两大类。机器人用伺服电机要求功率变化率[电机连续（额定)力矩和转子转动惯量之比]及惯量体积比大。

伺服系统除了可以进行位置控制外，还可以进行转矩控制。对于工业机器人关节驱动电机，要求其最大功率质量比和扭矩惯量比大，启动转矩大，电机惯量小，调速范围宽，调速平滑等。从腰部到腕部，机器人所使用的伺服电机差异较大，对于腕部驱动电机，应采用体积小、质量尽可能小的电机，要求响应速度快；而腰部和肩部电机，则要求输出力矩大、响应速度快。机器人用伺服电机必须具有较高的可靠性和稳定性，并且具有较大的短时过载能力，这是伺服电

···试读结束···