《工业机器人离线编程》何彩颖主编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《工业机器人离线编程》

【作　者】何彩颖主编

【丛书名】高等职业教育系列教材

【页 数】 190

【出版社】 北京：机械工业出版社 , 2020.04

【ISBN号】978-7-111-64761-4

【分 类】工业机器人-程序设计-高等职业教育-教材

【参考文献】 何彩颖主编. 工业机器人离线编程. 北京：机械工业出版社, 2020.04.

图书封面：

图书目录：

《工业机器人离线编程》内容提要：

本书以目前应用比较广泛的ABB工业机器人离线编程仿真软件RobotStudio为平台，以工业机器人激光切割、搬运和码垛为载体来介绍离线编程与仿真的方法，以带输送链的工业机器人工作站作为组建工作站的学习项目，遵循“由简入繁，循序渐进”的原则，将知识点分解、融汇到简单的案例中，使学生了解工业机器人离线编程与仿真方法，掌握利用相关建模操作来组建常用工业机器人工作站的方法与步骤。本书内容选择合理、结构清晰，适合作为高职高专院校工业机器人技术、电气自动化技术、机电一体化技术等专业的教学用书，也可作为工程人员的培训教材。

《工业机器人离线编程》内容试读

第1章工业机器人认知

◆学习目标

1.认识工业机器人的定义、分类、系统组成及其坐标系。

2.了解工业机器人离线编程仿真应用技术及常用的离线编程软件。

3.能够进行ABB离线编程及仿真软件RobotStudio的安装，并熟悉并其操作界面。◆任务描述

认识工业机器人的定义、分类、系统组成及坐标系，了解常用的离线编程软件，能够进行RobotStudio软件的安装并熟悉软件的操作界面。

1.1认识工业机器人

机器人是众所周知的一种高新技术产品，然而，“机器人”一词最早并不是一个技术名词，而且至今尚未形成统一的、严格而准确的定义。1920年捷克作家卡雷尔·查培克在其剧本《罗萨姆的万能机器人》中最早使用机器人一词，剧中机器人“Robot”这个词的本意是苦力，即剧作家笔下的一个具有人的外表、特征和功能的机器，是一种人造的劳力，它是最早的工业机器人设想。实际上，真正能够代替人类进行生产劳动的机器人，是在20世纪60年代才问世的。伴随着机械工程、电气工程、控制技术以及信息技术等相关科技的不断发展，到20世纪80年代，机器人开始在汽车制造业、电机制造业等工业生产中大量采用。现在，机器人不仅在工业，而且在农业、商业、医疗、旅游、空间、海洋以及国防等诸多领域获得越来越广泛的应用。

经过几十年的发展，机器人技术已经形成了综合性的学科一机器人学(Robotics)。机器人学有着极其广泛的研究和应用领域，主要包括机器人本体结构系统、机械手设计，轨迹设计和规划，运动学和动力学分析，机器视觉、机器人传感器，机器人控制系统以及机器智能等。

1.1.1工业机器人的定义和分类

1.工业机器人定义

工业机器人是一种通过重复编程和自动控制，能够完成制造过程中某些操作任务的多功能、多自由度的机电一体化自动机械装备和系统，它结合制造主机或生产线，可以组成单机或多机自动化系统，在无人参与下，实现搬运、焊接、装配和喷涂等多种生产作业。

国际标准化组织(ISO)对机器人的定义如下：

1)机器人的动作机构具有类似于人或其他生物体的某些器官（肢体、感受等）的功能：2)机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变：

3)机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等：4)机器人具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干预。

工业机器人离线编程

2.工业机器人分类

机器人的机械配置形式多种多样，典型机器人的机构运动特征是用其坐标特性来描述的。按机构运动特征，机器人通常可分为直角坐标机器人、柱面坐标机器人、球面坐标机器人和多关节型机器人等类型。

(1)直角坐标机器人

直角坐标机器人具有空间上相互垂直的两根或三根直线移动轴（如图1-1所示），通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一长方体。直角坐标机器人结构简单，定位精度高，空间轨迹易于求解：但其动作范围相对较小，设备的空间因数较低，实现相同的动作空间要求时，机体本身的体积较大。主要用于印制电路基板的元器件插入、紧固螺钉等作业。

图1-1直角坐标机器人

(2)柱面坐标机器人

柱面坐标机器人的空间位置机构主要由旋转基座、垂直移动和水平移动轴构成（如图1-2所示)，具有一个回转和两个平移自由度，其动作空间呈圆柱形。这种机器人结构简单、刚性好，但缺点是在机器人的动作范围内，必须有沿轴线前后方向的移动空间，空间利用率较低，主要用于重物的装卸、搬运等作业。著名的Versatran机器人就是一种典型的柱面坐标机器人。

图1-2柱面坐标机器人

(3)球面坐标机器人

球面坐标机器人如图1-3所示，其空间位置分别由旋转、摆动和平移3个自由度确定，

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第1章工业机器人认知

动作空间形成球面的一部分。其机械手能够做前后伸缩移动、在垂直平面上摆动以及绕底座在水平面上转动。著名的Unimate就是这种类型的机器人。其特点是结构紧凑，所占空间体积小于直角坐标和柱面坐标机器人，但仍大于多关节型机器人。

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图1-3球面坐标机器人

(4)多关节型机器人

由多个旋转和摆动机构组合而成。这类机器人结构紧凑、工作空间大、动作最接近人的动作，对喷漆、装配、焊接等多种作业都有良好的适应性，应用范围越来越广。不少著名的机器人都采用了这种型式，其摆动方向主要有垂直方向和水平方向两种，因此这类机器人又可分为垂直多关节机器人和水平多关节机器人。如美国Unimation公司20世纪70年代末推

出的机器人PUMA（如图1-4所示)就是一种垂直多关节机器人，而日本山梨大学研制的机

器人SCARA(如图1-5所示)则是一种典型的水平多关节机器人。

腰关节J川

13201

节2

220

肘关节3

270

腕关节J5

④

200

像腕关节6

腕关节4600

532

图1-4垂直多关节机器人

垂直多关节机器人模拟了人类的手臂功能，由垂直于地面的腰部旋转轴（相当于大臂旋转的肩部旋转轴)带动小臂旋转的肘部旋转轴以及小臂前端的手腕等构成。手腕通常由23个自由度构成。其动作空间近似一个球体，所以也称为多关节球面机器人。其优点是可以自由地实现三维空间的各种姿势，可以生成各种复杂形状的轨迹。相对机器人的安装面积，其动作范围很宽。缺点是结构刚度较低，动作的绝对位置精度比较低。它广泛应用于代替人完成的装配作业、货物搬运、电弧焊接、喷涂、点焊接等作业场合。

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工业机器人离线编程

180°

臂I

臂山

机

升降轴I

329手腕IVV

控制箱

图15水平多关节机器人

水平多关节机器人在结构上具有串联配置的两个能够在水平面内旋转的手臂，其自由度可以根据用途选择为2~4个，动作空间为一圆柱体。水平多关节机器人的优点是在垂直方向上的刚性好，能方便地实现二维平面上的动作，在装配作业中得到普遍应用。

1.1.2工业机器人的系统组成

机器人是典型的机电一体化产品，一般由机械部分、控制部分、传感器和人机交互系统等组成，如图1-6所示。机械部分包括机器人本体及驱动系统，是机器人实施作业的执行机构。为对本体进行精确控制，传感器应提供机器人本体或其所处环境的信息，控制系统依据控制程序产生指令信号，通过控制各关节运动坐标的驱动器，使各臂杆端点按照要求的轨迹、速度和加速度，以一定的姿态达到空间指定的位置。驱动器将控制系统输出的信号变换成大功率的信号，以驱动执行器工作。

人机交互系统

控制部分

指令给定装置（示教器】与信息显示装置等

传感部分

控制系统处理器、关系伺服

控制器

机械都分

驱动系统液压、气动、电动、

感受系统外部传感器宗

机械传动机构

传感器

机械结构系统手部、腕部、臂部

腰部、机座

工作对象

机械人一环境交互系统

图1-6工业机器人系统的组成

第1章工业机器人认知

1.机械本体

机械本体是机器人赖以完成作业任务的执行机构，一般是一台机械手，也称操作器或操作手，可以在确定的环境中执行控制系统指定的操作。典型工业机器人的机械本体一般由手部（末端执行器）、腕部、臂部、腰部和基座构成。机械手多采用关节式机械结构，一般具有6个自由度，其中3个用来确定末端执行器的位置，另外3个则用来确定末端执行装置的方向（姿势）。机械臂上的末端执行装置可以根据操作需要换成焊枪、吸盘、扳手等作业工具。

2.控制系统

控制系统是机器人的指挥中枢，相当于人的大脑功能，负责对作业指令信息、内外环境信息进行处理，并依据预定的本体模型、环境模型和控制程序做出决策，产生相应的控制信号，通过驱动器驱动执行机构的各个关节按所需的顺序、沿确定的位置或轨迹运动，完成特定的作业。从控制系统的构成看，有开环控制系统和闭环控制系统之分：从控制方式看有程序控制系统、适应性控制系统和智能控制系统之分。

3.驱动器

驱动器是机器人的动力系统，相当于人的心血管系统，一般由驱动装置和传动机构两部分组成。因驱动方式的不同，驱动装置可以分成电动、液动和气动3种类型。驱动装置中的电动机、液压缸、气缸可以与操作机直接相连，也可以通过传动机构与执行机构相连。传动机构通常有齿轮传动、链传动、谐波齿轮传动、螺旋传动、带传动等几种类型。

4.传感器

传感器是机器人的感测系统，相当于人的感觉器官，是机器人系统的重要组成部分，包括内部传感器和外部传感器两大类。内部传感器主要用来检测机器人本身的状态，为机器人的运动控制提供必要的本体状态信息，如位置传感器、速度传感器等。外部传感器则用来感知机器人所处的工作环境或工作状况信息，又可分成环境传感器和末端执行器传感器两种类型：前者用于识别物体和检测物体与机器人的距离等信息，后者安装在末端执行器上，检测处理精巧作业的感觉信息。常见的外部传感器有力觉传感器、触觉传感器、接近觉传感器、视觉传感器等。

1.13工业机器人坐标系

坐标系从一个称为原点的固定点通过轴定义平面或空间。机器人目标和位置通过沿坐标系轴的测量来定位。

1.基坐标系

基坐标系在机器人基座中有相应的零点，这使固定安装的机器人的移动具有可预测性。因此它对于将机器人从一个位置移动到另一个位置很有帮助。基坐标系如图1-7所示。

在正常配置的机器人系统中，当站在机器人的前方并在基坐标系中微动控制，将控制杆

拉向自己一方时，机器人将沿X轴移动：向两侧移动控制杆时，机器人将沿Y轴移动。扭动

控制杆，机器人将沿Z轴移动。

2.大地坐标系

大地坐标系在工作单元或工作站中的固定位置有其相应的零点。这有助于处理若干个机器人或由外轴移动的机器人，如图1-8所示。

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工业机器人离线编程

图1-7基坐标系

在默认情况下，大地坐标系与基坐标系是一致的。

y

图1-8大地坐标系

A、C一基坐标系B一大地坐标系

3.工具坐标系

工具坐标系将工具中心点设为零位。它会由此定义工具的位置和方向。工具坐标系经常被缩写为TCPF(Tool Center Point Frame),而工具坐标系中心缩写为TCP(Tool Center

Point),如图1-9所示。

执行程序时，机器人就是将TCP移至编程位置。这意味着，如果要更改工具（以及工

具坐标系)，机器人的移动将随之更改，以便新的TCP到达目标

所有机器人在手腕处都有一个预定义工具坐标系，该坐标系被称为oo10。这样就能将个或多个新工具坐标系定义为tool0的偏移值。

4.工件坐标系

工件坐标系对应工件，它定义工件相对于大地坐标系（或其他坐标系）的位置。

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···试读结束···