《工业机器人协作应用基础》杨振，艾益民主编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《工业机器人协作应用基础》

【作　者】杨振，艾益民主编

【丛书名】普通高等教育智能制造系列教材

【页 数】 138

【出版社】 北京：北京理工大学出版社 , 2020.05

【ISBN号】978-7-5682-8412-7

【价 格】30.00

【分 类】工业机器人-高等学校-教材

【参考文献】 杨振，艾益民主编. 工业机器人协作应用基础. 北京：北京理工大学出版社, 2020.05.

图书封面：

图书目录：

《工业机器人协作应用基础》内容提要：

本书立足于目前工业机器人所处的时代背景，紧跟实际生产需求，介绍了工业生产由“制造”到“智造”的转变过程。本书分为五个部分，第一部分（第1章）介绍了制造业的现状，作者从多个维度对制造业情况进行了描述，同时还对不同国家的制造业发展状况进行了对比；第二部分（第2章）介绍了智能制造的具体概念和架构；第三部分（第3、4、5、6、7、8、9章）介绍了工业机器人相关技术和标准；第四部分（第10、11、12章）介绍了一些基于特殊算法的机器人的应用；第五部分（第13章）介绍了机器人任务协作化的具体案例。本书在内容编排上由浅入深，在书稿中理论阐述与具体案例相结合，概念准确，生动新颖，可读性强。

《工业机器人协作应用基础》内容试读

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第1章

制造业的现状

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制造业是指透过劳动人力、机器、工具、生物化学反应或配方，将原料加工制造生产成可供使用或销售的制成品或最终产品的行业。先进的制造业能够利用创新技术来改进传统的工艺流程和产品，而传统制造业则更多地依赖于手工或机械化技术。

相比于传统制造，智能制造已经成为全球价值链重构和国际竞争格局调整背景下各国的重要选择。发达国家纷纷加大制造业回流力度，提升制造业在国民经济中的战略地位。亚洲作为制造业重要地区，也在为制造业的自动化、智能化积极部署。智能制造已经成为制造业转型升级的必然趋势。

1.1制造业的背景

第四次工业革命与物联网、人工智能、可穿戴设备、机器人技术和增材制造等新兴技术联手，正在推动生产技术和商业模式的发展，而这些生产技术和商业模式将从根本上颠覆制造业。制造业发展战略的制定与执行本就充满了挑战，而科技变化速度之快、涉及范围之广更使这项任务变得更加错综复杂。而试图通过“低成本制造”→“出口”的模式来实现经济增长与发展的策略在技术变革的冲击下更加岌岌可危。各国需要调整自己的生产模式，通过国家战略将制造业变成本国竞争力。各国政府及业界、学术界和民间社团正在采取适当的行动，重新塑造制造业的未来。

1.2制造业的战略意义和现状

从传统角度来看，制造业一直是世界各国经济增长、繁荣和创新的引擎。当前的发达国家德国、日本、英国和美国等，通过早期工业化革命加速了本国的经济增长。东亚初生

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工业机器人协作应用基础

工业国也在近几十年迈上了类似的道路，通过工业化和出口的拉动型增长，社会经济实现了前所未有的发展。同时，制造业能够创造直接和间接的就业机会，促进国家繁荣发展。制造业本身就贡献了全球就业总量近四分之一的份额，制造业工作岗位的乘数效应还能创造一些间接就业机会。据估计，美国每诞生一个制造业全职岗位，非制造业领域就会出现3.4个同等全职岗位。制造业带动了整个经济体的创新发展。

由于制造业与宏观环境的变化，曾经的传统工业模式目前面临着巨大的危机。每一场工业革命都会开辟一条新的道路，新参与者往往能够抓住其中的机会，实现对传统领军者的弯道超车。第四次工业革命和新兴技术正在推动新生产技术和商业模式的发展，而后者将从根本上改变全球制造业体系的格局。

在过去的20年里，全球化导致国家之间总体收入不平等的程度日益加剧。全球化诚然是一项重大成就，它能够帮助亿万民众脱离贫困。但就平均而言，国家之间的收人不平等现象反而愈演愈烈。在经历了25年的快速全球化进程之后，各国对移民、贸易，以及其他跨境流动活动的限制越来越多。

在2010年制造业增加值超越美国之后，中国成长为全球头号制造业大国。尽管中国拥有庞大的制造业规模，但在制造业的结构复杂性方面仍有改善空间。在过去的20年里，中国已经踏上了从低成本产品到高端产品的升级之路。然而，由于中国的体量问题，其制造业不同部门的现代化水平差别显著。中国承诺在未来继续节能减排，坚持走可持续发展之路。因此，新兴技术的应用将有助于该目标的实现。在2015年，中国政府提出《中国制造2025》计划，旨在实现中国制造业的转型升级，为制造业创新提供政策支持。

美国拥有全球第二大制造业。在2016年，美国的制造业增加值总额接近2万亿美元，约占全球制造业增加值的16%，占美国国内生产总值的12%。美国的经济体复杂性排名世界第八，在制造业的未来竞争中占据了有利地位。美国的创新能力也是全球闻名，在第四次工业革命新兴技术重大发展的前沿领域据有一席之地。此外，很多高等教育机构为美国培养、吸引和留住高级人力资源提供了有力支持。值得注意的是，美国目前正在努力重振制造业。

目前，日本拥有世界上第三大制造业。在2016年，日本的制造业增加值总额超过1万亿美元，几乎占全球制造业增加值的9%。中国、美国和日本三国的制造业增加值总额占全球制造业增加值总额近一半。自1984年以来，日本的经济体复杂性一直是世界第一。日本拥有成熟的消费基础、强劲的企业活动和巨大的市场规模，但在制造业驱动因素方面，日本对环境需求表现得特别突出。在2016年，日本政府推出了“社会5.0”战略，旨在通过新兴技术推动制造业转型，乃至实现整个社会的变革。此外，日本政府还在2017年提出了“联结的产业(Connected Industries)”计划，支持日本制造业等产业通过资源、人员、技术、组织和其他社会元素的联结，创造新价值。

德国拥有全球第四大制造业。在2016年，德国的制造业增加值总额达到7750亿美元经济复杂程度在全球排名第三。德国拥有全球闻名的优质制造业传统，超过一半的制造业产出出口海外。德国在综合制造业驱动因素中排名第一，在技术和创新、人力资本、全球贸易和投资，以及需求环境驱动因素等方面排名前十。随着2011年德国“工业4.0”计划的推

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第1章制造业的现状

出，德国致力于实现产品、价值链与商业模式的数字化与互联互通，大力推动数字化制造业的发展，成为该领域的先行者之一，在制定全球工业新标准和规范方面发挥着主导作用。总之，各国对制造业战略意义已经达成共识并付诸行动，以加强本国制造业在国民经济中的基础性作用。各国都面临着如何将制造业转型升级，如何参与制造业全球价值链的问题。重塑未来的制造业课题，机遇和挑战并存。

科学的发展和技术的创新，深刻改变着人们的生活，每一次工业革命的背后都是技术的突破。蒸汽机、计算机、控制论和互联网无不创造了伟大的时代变革，从历史的角度看，人们善于用科学技术和创新解决每个时代所面临的困难挑战。同样，这次全球制造业的深刻变

革和转型升级也要由科技来解决。不同的是，人们已经身处由3D打印开启的定制时代和由

大数据与机器智能开启的智能时代。

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#1.3各国制造业的布局现状

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1.美国：GE工业互联网和大数据平台、智能转型

2012年2月22日，美国国家科学技术委员会发布《国家先进制造战略规划》，该战略规划基于总统科学技术顾问委员会在2011年6月发布的《确保美国先进制造领导地位》白皮书，并响应了《美国竞争再授权法案》的相关精神，用于指导联邦政府支持先进制造研究开发的各项计划和行动。在该战略规划中，先进制造是指运用和调度信息、自动装置、计算、软件、传感、网络，以及运用基于物理、化学和生物学等众多学科而实现的新材料和新功能，如纳米技术、化学和生物学的一系列活动，包括制造现有产品的新方法、制造由新型先进技术催生的新产品两个方面。先进制造能够提供高质量的就业岗位，是出口的重要来源，也是技术创新的关键源泉，同时，也为军方、情报界和国土安全机构提供必需品和装备。

2014年10月27日，美国先进制造业联盟指导委员会发布《振兴美国先进制造业》报告2.0版，报告中指出加快创新、保证人才输送管道和改善商业环境是振兴美国制造业的三大支柱，特别是在加快创新方面，美国将在新型制造技术领域增加大量投资。国防部、能源部、农业农村部及航空航天总局等政府部门将向报告中所建议的复合材料、生物材料等先进材料和制造业所需先进传感器及数字制造业加大投资，总额超过3亿美元。以政府提供先进设备，部门与科研机构、高校联动，设立联合技术测试平台等方式促进创新发展。园关

从2011年6月至今，在美国政府一系列措施下美国的先进制造业逐渐振兴，已经建成了多个研究所。政府向社区大学投资近10亿美元，帮助先进制造业培养合格的工人；同时也扩大对新兴、交叉性学科应用性研究的投入。美国政府还采取新的措施对退伍军人进行合理分配，包括向先进制造业分配合格的人才。最近几年，美国制造业增加了几十万甚至上百万个就业岗位。

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2.德国：“工业4.0”费大潮临基工置

言德国“工亚4.0”是由德国科学界、产业界和工程界共同制定，以提高德国工业竞争力

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工业机器人协作应用基础

为主要目的的战略。为了支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新，德国政府在2013年4月举办的汉诺威工业博览会上正式推出了《德国工业4.0战略计划实施建议》。该计划对全球工业未来的发展趋势进行了探索性研究和清晰描述，为德国预测未来10~20年的工业生产方式提供了依据，因此引起了全世界科学界、产业界和工程界的关注。目前，“工业

4.0”已经上升为德国的国家战略，成为德国高科技战略的十大目标之一。

德国“工业4.0”将对传统制造业产生深远的影响。它把信息技术与智能技术进行结合，比传统制造业更强大，它可以扩展到配送物流、售后维修等其他领域。在此基础上，德国“工业4.0”会给传统制造业带来更多的发展机会，把更具个性化的服务带入市场。它本质上就是以机械化、自动化和信息化为基础，建立智能化的新型生产模式与产业结构。

3.日本：不满足于精益制造

伴随德国工业4.0时代的到来，传统的制造业强国一日本也开始发力。日本选择了机器人作为突破口。日本机器人因在工业领域的普及而受到全球的认可。目前，日本仍然保持工业机器人产量、安装数量世界第一的地位。2012年，日本机器人产值约为3400亿日元占全球市场份额的50%，安装数量（存量）约30万台，占全球市场份额的23%。而且，机器人的主要零部件，包括机器人精密减速机、伺服电动机、重力传感器等，占据90%以上的全球市场份额。

2015年5月，日本机器人革命促进会正式成立，标志着“日本机器人新战略”迈出了第一步。“日本机器人新战略”主要有两大目的，即“扩大机器人应用领域”与“加快新一代机器人技术研发”。而近年来，随着德国的“工业4.0”、美国的“工业互联网”等相继涌现，加速了以新一代信息技术为主线的制造创新趋势。日本政府决定在日本机器人革命的促进会下设“物联网升级制造模式工作组”。2015年7月中旬“物联网升级制造模式工作组”召开了第一次大会。除了三菱电动机、日立制作所等工业控制设备厂商之外，富士通

NEC等T企业，三菱重工、川崎重工、日立造船、日产汽车等工业企业，以及贸易集团和

智库等制造业相关的77家代表企业参会。此外，还有15个商协会等社会组织参与了大会。

“物联网升级制造模式工作组”的目标主要是，跟踪全球制造业发展趋势的科技情报，通过政府与民营企业的通力合作，实现物联网技术对日本制造业的变革。具体而言，主要有

四点：一是梳理物联网升级新制造模式的示范案例；二是探讨标准化模式，提供参考信息：

三是调研物联网和信息物理融合系统在智能工厂中的应用潜力：四是在政府与德国、美国等有关国际机构协商合作之际，提供参考决策。

4.中国：《中国制造2025》

为了实现由制造大国向制造强国转变，中华人民共和国国务院于2015年5月8日公布了强化高端制造业的国家战略规划一《中国制造2025》。《中国制造2025》要求坚持走中国特色的新型工业化道路，以促进制造业创新发展为主题，以提质增效为中心，以加快新代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向，以满足经济社会发展和国防建设对重大技术装备的需求为目标，强化工业基础能力，提高综合集成水平，完善多层次、多类型的人才培养体系，促进产业转型升级，实现制造业由大变强的历史跨越。简言

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第1章制造业的现状

之，《中国制造2025》的核心是智能制造。

《中国制造2025》的战略目标是立足国情，立足现实，力争通过“三步走”实现制造强国的战略目标。第一步：力争用十年时间，迈人制造强国行列。第二步：到2035年，我国制造业整体水平达到世界制造强国阵营中等。第三步：到中华人民共和国成立一百年时，制造业大国地位更加巩固，综合实力进入世界制造强国前列，我国的制造业主要领域具有创新引领能力和明显竞争优势，建成全球领先的技术体系和产业体系。

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第2章

智能制造

工业机器人参与的生产制造过程应分为三个阶段：系统集成自动化、物数融合智能化和人机任务协作化。充分理解智能制造有利于工业机器人在智能制造中发挥重要作用。智能制造是新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，涉及多个学科、多个层面、多条技术路线。应从多个方面深人理解智能制造，除了人工智能、数字化、云平台和大数据这几个方面外，还要从复杂系统、商业模式等先进理念去理解。

2.1智能制造定义

基于互联网+工业模式的物联网、深度学习、云平台、云计算、新视觉、新听觉和VR

已经成为一种社会资源被各行各业广泛使用，移动计算彻底改变了人们生活的方式。在这样的背景下，制造业同样也随之发生着巨变，新时代制造业向智能制造发展，这要求智能制造具有在线能力、自主能力、学习能力、感知能力和自治能力。所以，智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术的深度融合，它贯穿于设计、生产、管理和服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行和自适应等功能。即要求智能制造是通过物数融合，将技术、经验、知识数据化，将机器产生的数据知识化，并且两者深度融合形成的感控系统。其本质是知识数字化、机器智能化、任务协作化

与此同时，智能制造也带来了一些工业发展模式的变化。企业社会职能由提供产品转变为提供服务，自适应生产（将设备与市场连接）成为产品附加值创造的新形式，工业化的形式由企业转变为平台，企业的竞争集中在商业模式的创新，企业的核心竞争力是商业模式流程的开发，产品是流程的结果。

工业发展新模式推动下制造业将出现下述四大变化：大变要的圆史

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···试读结束···