工业机器人技术基础/林燕文

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、*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