工业机器人技术基础

本书遵循“任务驱动、项目导向”,在教材编写内容上支持任务驱动教学,通过更加合理的案例材料和表现形式,为教师教学提供更丰富的教学材料,帮助和学生能够更直观地理解和学习教材内容。
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林燕文 (作者)

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内容摘要

本书根据当前本科院校教学需要,进行精心安排,全书共分为4个篇章,9个项目。基础认知篇(工业机器人概述、工业机器人分类和技术参数、工业机器人编程技术)、组成进阶篇(工业机器人机械部分、工业机器人传感部分、工业机器人控制部分)、运动高级篇(工业机器人运动学基础、工业机器人运动学计算)、应用拓展篇(工业机器人典型应用)

目录

基础认知篇

项目一工业机器人概述 2
项目引入 2
知识图谱 3
任务一机器人的由来 3
【任务描述】 3
【任务学习】 3
【思考与练习】 5
任务二机器人的定义 5
【任务描述】 5
【任务学习】 5
一、国际上机器人的几种
定义 5
二、工业机器人的定义 6
【思考与练习】 6
任务三工业机器人发展史和发展
趋势 7
【任务描述】 7
【任务学习】 7
一、工业机器人发展史 7
二、工业机器人发展趋势 14
【思考与练习】 15
项目总结 15
项目习题 16
项目二工业机器人分类和技术参数 17
项目引入 17
知识图谱 18
任务一 根据拓扑结构分类 18
【任务描述】 18
【任务学习】 18
一、串联结构机器人 18
二、并联结构机器人 19
三、混合结构机器人 20
【思考与练习】 21
任务二根据坐标系分类 21
【任务描述】 21
【任务学习】 21
一、直角坐标机器人 21
二、圆柱坐标机器人 22
三、球坐标机器人 23
四、关节机器人 23
【思考与练习】 25
任务三根据控制方式分类 25
【任务描述】 25
【任务学习】 25
一、非伺服控制机器人 25
二、伺服控制机器人 26
【思考与练习】 26
任务四工业机器人技术参数 26
【任务描述】 26
【任务学习】 26
一、自由度 27
二、定位精度 28
三、重复性或重复定位
精度 28
四、工作空间 29
五、最大速度 29
六、承载能力 29
【思考与练习】 30
项目总结 30
项目习题 30
项目三工业机器人编程技术 33
项目引入 33
知识图谱 34
任务一编程概述 34
【任务描述】 34
【任务学习】 34
一、编程类型 35
二、编程语言类型 35
三、编程方式 36
【思考与练习】 37
任务二在线编程 37
【任务描述】 37
【任务学习】 37
一、在线编程方式 37
二、在线编程实例 38
【思考与练习】 40
任务三离线编程 40
【任务描述】 40
【任务学习】 40
一、离线编程方式 40
二、离线编程软件 41
三、离线编程实例 43
【思考与练习】 47
项目总结 47
项目习题 47

组成进阶篇

项目四工业机器人机械部分 50
项目引入 50
知识图谱 51
任务一工业机器人末端执行器 53
【任务描述】 53
【任务学习】 53
一、末端执行器分类 53
二、夹钳式末端执行器 54
三、吸附式末端执行器 57
四、专用末端执行器 59
五、工具快换装置 60
六、多工位换接装置 60
【思考与练习】 61
任务二工业机器人手腕 61
【任务描述】 61
【任务学习】 62
一、手腕运动形式 62
二、手腕自由度 62
三、柔顺手腕结构 64
【思考与练习】 65
任务三工业机器人手臂 65
【任务描述】 65
【任务学习】 65
一、手臂特点 65
二、手臂分类 67
【思考与练习】 68
任务四工业机器人腰部 68
【任务描述】 68
【任务学习】 68
【思考与练习】 69
任务五工业机器人基座 69
【任务描述】 69
【任务学习】 69
一、固定式基座 69
二、移动式基座 70
【思考与练习】 71
任务六工业机器人驱动装置 71
【任务描述】 71
【任务学习】 71
一、电动驱动式 72
二、液压驱动式 74
三、气动驱动式 75
【思考与练习】 76
任务七工业机器人传动装置 76
【任务描述】 76
【任务学习】 76
一、轴承 77
二、丝杠 78
三、齿轮 80
四、星形齿轮 83
五、RV减速器 84
六、谐波齿轮 87
七、同步带 88
八、缆绳 89
【思考与练习】 90
项目总结 90
项目习题 91
项目五工业机器人传感部分 92
项目引入 92
知识图谱 93
任务一工业机器人传感器概述 94
【任务描述】 94
【任务学习】 94
一、传感器定义 94
二、工业机器人传感器
分类 94
【思考与练习】 95
任务二传感器性能指标 96
【任务描述】 96
【任务学习】 96
一、灵敏度 96
二、线性度 96
三、测量范围 96
四、精度 96
五、重复性 97
六、分辨率 97
七、响应时间 97
八、抗干扰能力 97
【思考与练习】 97
任务三位置传感器 98
【任务描述】 98
【任务学习】 98
一、电位器式传感器 98
二、光电编码器 99
三、旋转变压器 101
【思考与练习】 102
任务四角速度传感器 102
【任务描述】 102
【任务学习】 102
一、相对式光电编码器 102
二、测速发电机 102
【思考与练习】 103
任务五接近觉传感器 103
【任务描述】 103
【任务学习】 103
一、电容式传感器 104
二、电感式传感器 104
三、光电式传感器 105
四、超声波式传感器 107
五、距离传感器 109
【思考与练习】 110
任务六触觉传感器 110
【任务描述】 110
【任务学习】 110
一、接触式传感器 111
二、压觉传感器 112
三、滑觉传感器 113
【思考与练习】 115
任务七力/扭矩传感器 115
【任务描述】 115
【任务学习】 115
【思考与练习】 117
任务八视觉传感器 117
【任务描述】 117
【任务学习】 117
【思考与练习】 121
任务九各类传感器组合使用 121
【任务描述】 121
【任务学习】 122
【思考与练习】 122
项目总结 122
项目习题 123
项目六工业机器人控制部分 124
项目引入 124
知识图谱 125
任务一工业机器人控制系统
概述 126
【任务描述】 126
【任务学习】 126
一、工业机器人控制系统
功能 126
二、工业机器人控制系统
特点 127
三、工业机器人控制系统
组成 127
【思考与练习】 129
任务二工业机器人控制方式 130
【任务描述】 130
【任务学习】 130
一、工业机器人运动
控制 130
二、工业机器人力控制 133
【思考与练习】 134
任务三控制系统数字化实现 135
【任务描述】 135
【任务学习】 135
【思考与练习】 136
任务四示教控制坐标系 137
【任务描述】 137
【任务学习】 137
【思考与练习】 142
项目总结 142
项目习题 142

运动高级篇

项目七工业机器人运动学基础 144
项目引入 144
知识图谱 145
任务一工业机器人数学基础 145
【任务描述】 145
【任务学习】 146
一、空间点表示 146
二、空间向量表示 146
三、坐标系表示 147
四、坐标系在固定参考坐
标系中的表示 147
五、刚体表示 147
【思考与练习】 148
任务二工业机器人轴与坐标系 148
【任务描述】 148
【任务学习】 149
一、工业机器人轴 149
二、工业机器人坐标系 150
【思考与练习】 151
任务三工业机器人位姿描述 151
【任务描述】 151
【任务学习】 151
一、刚体位姿描述 151
二、位姿齐次坐标描述 153
【思考与练习】 154
任务四工业机器人坐标变换 154
【任务描述】 154
【任务学习】 154
一、坐标变换 154
二、齐次坐标变换 157
【思考与练习】 159
任务五工业机器人D-H建模 160
【任务描述】 160
【任务学习】 160
一、工业机器人运动
简图 160
二、标准D-H建模 162
三、改进D-H建模 164
【思考与练习】 166
项目总结 166
项目习题 167
项目八工业机器人运动学计算 169
项目引入 169
知识图谱 170
任务一工业机器人正运动学
计算 170
【任务描述】 170
【任务学习】 171
【思考与练习】 171
任务二工业机器人逆运动学
计算 172
【任务描述】 172
【任务学习】 172
【思考与练习】 173
任务三工业机器人雅克比矩阵
计算 173
【任务描述】 173
【任务学习】 173
【思考与练习】 175
项目总结 175
项目习题 175

应用拓展篇

项目九工业机器人典型应用 178
项目引入 178
知识图谱 179
任务一工业机器人外围设备 179
【任务描述】 179
【任务学习】 180
【思考与练习】 180
任务二焊接机器人 180
【任务描述】 180
【任务学习】 180
一、焊接机器人系统
组成 181
二、点焊机器人 183
三、弧焊机器人 185
【思考与练习】 188
任务三喷涂机器人 189
【任务描述】 189
【任务学习】 189
【思考与练习】 192
任务四装配机器人 192
【任务描述】 192
【任务学习】 192
【思考与练习】 195
任务五搬运机器人 195
【任务描述】 195
【任务学习】 195
【思考与练习】 196
任务六轮式移动机器人与AGV 196
【任务描述】 196
【任务学习】 196
【思考与练习】 202
任务七其他类型机器人 202
【任务描述】 202
【任务学习】 202
【思考与练习】 204
项目总结 204
项目习题 205
参考文献 206

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作者介绍

作者长期从事工业机器人技术专业教学资源库建设和课程开发工作,专注于工业机器人/智能制造关键技术研究,致力于工业机器人技术及智能制造技术的知识传播,为全国院校智能制造及工业机器人技术专业建设及课程建设提供解决方案。 与院校共编工业机器人技术专业教材及开发教学资源,任国家教学资源库工业机器人技术专业建设项目规划教材(高等教育出版社)《工业机器人技术基础》等多本教材主编。

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