本書主要包括緒論、工業(yè)機器人機構(gòu)、機器人運動學和動力學、工業(yè)機器人環(huán)境感覺技術(shù)、工業(yè)機器人控制及編程、工業(yè)機器人系統(tǒng)集成與應用，主要面向教學研究型、技術(shù)應用型本科院校，培養(yǎng)學生機器人設(shè)計及應用方面基礎(chǔ)知識，主要介紹機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計及系統(tǒng)集成等基本理論。為了適應當前新工科教學要求，教材可以適當配套部分運動視頻、動畫等數(shù)字資源，開拓學生視野，幫助學生掌握教材內(nèi)容，便于開展線上教學。本書可作為普通本科學校機器人工程、智能制造工程、機械類專業(yè)工業(yè)機器人技術(shù)基礎(chǔ)課程的教材。

本書綜合各參編院校教學實際，精選機器人運動學和動力學等理論內(nèi)容，以理論基本夠用為原則，配套豐富實例來增強學生的學習興趣，同時結(jié)合課程思政要求，精選相關(guān)案例，培養(yǎng)學生工程思維和工匠精神。

前 言工業(yè)機器人是現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)、智能制造的核心部分，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模應用工業(yè)機器人正成為企業(yè)重要的發(fā)展策略。十三五期間，我國機器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速增長，年均復合增長率在15%，其中工業(yè)機器人產(chǎn)量從7.2萬套增長到21.2萬套，年均增長31%。從技術(shù)和產(chǎn)品上看，精密減速器、智能控制器等關(guān)鍵技術(shù)和部件加快突破，創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，整機性能大幅提升、功能愈加豐富，產(chǎn)品質(zhì)量日益優(yōu)化。同時，應用水平大幅提高，工業(yè)機器人應用領(lǐng)域已經(jīng)覆蓋汽車、電子等52個行業(yè)大類、143個行業(yè)中類。當前，以智能制造為主導的工業(yè)4.0席卷全球，工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自動化裝備的主流及未來的發(fā)展方向。新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速演進，人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術(shù)與機器人產(chǎn)業(yè)深度融合，提高機器人智能化和網(wǎng)絡(luò)化水平，機器人產(chǎn)業(yè)也迎來了升級換代、跨越發(fā)展的窗口期，助力企業(yè)邁進智慧工廠。為了適應當前培養(yǎng)高素質(zhì)應用型本科人才的教學要求，編者根據(jù)普通高等學校十四五*教材出版規(guī)劃，依托華中科技大學出版社，組織相關(guān)應用型本科高校有關(guān)教師編寫了這本教材。本教材具有以下幾個特點：第一，落實立德樹人根本任務(wù)，各章均融入了有關(guān)機器人方面的課程思政案例。同時，書中較多地收錄了目前工業(yè)機器人的一些*新研究成果和技術(shù)，特別是我國先進的、打破國外壟斷的細分技術(shù)，在減速器、控制器、伺服系統(tǒng)等關(guān)鍵核心零部件領(lǐng)域解決的部分難題與核心零部件國產(chǎn)化實例。第二，全書以工業(yè)機器人技術(shù)及應用為主線，從機器人學基礎(chǔ)理論到工業(yè)機器人的關(guān)鍵零部件、控制系統(tǒng)及編程、維護與保養(yǎng)，從工業(yè)機器人單機到工業(yè)機器人系統(tǒng)集成和機器人工作站。由簡單到復雜，層次分明，循序漸進地介紹了機器人設(shè)計制造、系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)知識、基本理論及實際應用。第三，教材注重產(chǎn)教融合，全文配有大量詳盡的例圖，案例、項目多來自ABB、FANUC 等機器人四大家族應用案例和我國先進的機器人企業(yè)實際案例。全書共分7章，第1章緒論，主要介紹工業(yè)機器人的基本概念、基本構(gòu)成、應用及發(fā)展趨勢；第2章工業(yè)機器人機構(gòu)，介紹工業(yè)機器人末端執(zhí)行器及腕部結(jié)構(gòu)、手臂及機座結(jié)構(gòu)、工業(yè)機器人的驅(qū)動與傳動；第3章簡要介紹機器人學基礎(chǔ)，包括工業(yè)機器人的運動學、動力學分析基礎(chǔ)與軌跡規(guī)劃；第4章工業(yè)機器人傳感器及感知技術(shù)，介紹機器人常用的內(nèi)部傳感器和外部傳感器，以及機器人的位置及位移檢測技術(shù)；第5章機器人的控制與編程，介紹機器人控制的示教再現(xiàn)，離線編程和在線編程；第6章工業(yè)機器人系統(tǒng)集成與應用，介紹工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈、機器人系統(tǒng)集成、工業(yè)機器人工作站及其仿真設(shè)計，以及常見的焊接機器人工作站、搬運機器人工作站和裝配機器人工作站；第7章介紹工業(yè)機器人的維護與保養(yǎng)有關(guān)內(nèi)容。本書還配有PPT、視頻動畫等教學資源，以方便讀者教學和自學。本書可作為普通高等院校的智能制造工程、機械電子工程、機械設(shè)計制造及其自動化、機器人工程等專業(yè)的教材，以及作為機械類和非機械類其他專業(yè)的教材和參考書，也可作為企業(yè)和科研單位從事機械設(shè)計制造、智能制造、自動化產(chǎn)線生產(chǎn)、工業(yè)機器人應用、工業(yè)機器人設(shè)備管理與維護等行業(yè)的技術(shù)人員的參考書。本書由上海電機學院王廷軍、北京理工大學珠海學院盧桂萍、天津理工大學中環(huán)信息學院劉歡歡擔任主編，由上海電機學院唐矯燕、重慶文理學院谷明信、上海電機學院張蕾、惠州學院黃劍鋒、運城學院孫培祿擔任副主編。具體編寫分工為：張蕾編寫了第1章，劉歡歡編寫了第2章，唐矯燕編寫了第3章，谷明信編寫了第4章，黃劍鋒、盧桂萍編寫了第5章，王廷軍編寫了第6章，孫培祿編寫了第7章，全書由王廷軍統(tǒng)稿。編者特別感謝上海發(fā)那科機器人有限公司資深培訓師樊曉雯為本書的編寫提供了大力支持，并提出了許多寶貴的意見。在本書編寫過程中，得到了許多專家和學者的支持和幫助，參考和借鑒了大量有關(guān)工業(yè)機器人方面的教材和參考資料，在此對相關(guān)作者表示衷心的感謝。由于編者水平有限，書中難免存在錯誤與不足之處，敬請讀者批評指正。編 者2023年6月

上海電機學院教授，機械電子工程系專業(yè)負責人，長期從事機械電子技術(shù)的研究和教學指導工作，第十六屆挑戰(zhàn)杯大學生課外學術(shù)科技作品競賽一等獎指導教師。主要研究方向為智能故障診斷、信號處理與小波分析、虛擬儀器、電力系統(tǒng)優(yōu)化、工程電磁場數(shù)值計算與優(yōu)化設(shè)計、*優(yōu)控制與智能控制。

第1章緒論1

1.1機器人的定義1

1.2機器人的分類2

1.2工業(yè)機器人發(fā)展概況14

1.3工業(yè)機器人基本組成與技術(shù)參數(shù)21

1.4工業(yè)機器人的坐標系24

習題27



第2章工業(yè)機器人機構(gòu)28

2.1工業(yè)機器人末端執(zhí)行器及腕部結(jié)構(gòu)28

2.2工業(yè)機器人手臂及機座41

2.3工業(yè)機器人的驅(qū)動與傳動50

習題61



第3章機器人運動學與動力學62

3.1工業(yè)機器人的運動學62

3.2工業(yè)機器人的動力學97

3.3工業(yè)機器人的運動軌跡規(guī)劃111

習題116



第4章工業(yè)機器人傳感器及感知技術(shù)117

4.1工業(yè)機器人傳感器概述117

4.2工業(yè)機器人中常用的傳感器122

4.3工業(yè)機器人傳感技術(shù)與傳感系統(tǒng)140

4.4工業(yè)機器人典型應用中的感知技術(shù)與系統(tǒng)151

4.5工業(yè)機器人碰撞安全策略156

習題158



第5章工業(yè)機器人控制及編程160

5.1機器人控制系統(tǒng)概述160

5.2機器人控制的示教再現(xiàn)165

5.3工業(yè)機器人的運動控制175

5.4典型機器人控制系統(tǒng)181

習題225



第6章工業(yè)機器人系統(tǒng)集成226

6.1工業(yè)機器人系統(tǒng)集成概述226

6.2工業(yè)機器人工作站230

6.3工業(yè)機器人工作站的仿真設(shè)計235

6.4焊接機器人工作站249

6.5搬運機器人工作站256

6.6裝配機器人工作站261

習題264



第7章工業(yè)機器人的維護與保養(yǎng)265

7.1工業(yè)機器人維護與保養(yǎng)指南265

7.2工業(yè)機器人控制系統(tǒng)維護與保養(yǎng)266

7.3工業(yè)機器人本體的維護與保養(yǎng)269



參考文獻272