工业机器人技术与应用

第1章 初识工业机器人1 1.1 工业机器人的基础知识1 1.1.1 工业机器人的定义及特点2 1.1.2 工业机器人的历史与发展趋势2 1.1.3 工业机器人的分类5 1.2 工业机器人的基本组成与技术参数8 1.2.1 工业机器人的基本组成8 1.2.2 工业机器人的技术参数10 习题12 第2章 工业机器人机械系统13 2.1 工业机器人驱动方式13 2.1.1 液压驱动13 2.1.2 气压驱动14 2.1.3 电气驱动14 2.2 工业机器人传动机构15 2.2.1 直线传动机构15 2.2.2 旋转传动机构16 2.3 工业机器人执行机构18 2.3.1 基座19 2.3.2 腰部21 2.3.3 臂部22 2.3.4 腕部24 2.3.5 手部24 习题28 第3章 工业机器人的运动学和动力学基础29 3.1 工业机器人运动学29 3.1.1 齐次坐标及对象物的描述29 3.1.2 齐次变换及运算34 3.1.3 工业机器人的连杆参数和齐次变换矩阵38 3.1.4 工业机器人运动学方程39 3.2 工业机器人动力学47 3.2.1 工业机器人速度分析47 3.2.2 工业机器人静力分析50 3.2.3 工业机器人动力学分析53 3.2.4 工业机器人动力学建模与仿真58 习题59 第4章 工业机器人传感器61 4.1 工业机器人传感器概述61 4.1.1 工业机器人传感器的类型61 4.1.2 传感器的性能指标62 4.1.3 工业机器人对传感器的一般要求63 4.2 工业机器人内部传感器64 4.2.1 位移传感器64 4.2.2 速度传感器67 4.2.3 力觉传感器68 4.3 工业机器人外部传感器69 4.3.1 接触觉传感器69 4.3.2 滑觉传感器71 4.3.3 接近觉传感器72 4.4 机器视觉技术74 4.4.1 机器视觉技术概述74 4.4.2 机器视觉系统的组成75 4.4.3 图像处理技术77 习题79 第5章 工业机器人控制系统80 5.1 工业机器人控制系统概述80 5.1.1 工业机器人控制系统的组成80 5.1.2 工业机器人控制系统的功能81 5.1.3 工业机器人控制系统的特点82 5.2 工业机器人的控制方法与结构82 5.2.1 工业机器人控制方法分类82 5.2.2 工业机器人控制结构84 5.3 工业机器人位置控制86 5.3.1 单关节位置控制87 5.3.2 多关节位置控制89 5.4 工业机器人力/力矩控制91 5.4.1 柔顺控制91 5.4.2 阻抗控制92 5.4.3 力/位混合控制95 5.5 工业机器人 控制96 5.5.1 常用非线性控制策略96 5.5.2 智能控制策略97 习题99 第6章 工业机器人轨迹规划100 6.1 工业机器人轨迹规划概述100 6.1.1 工业机器人轨迹的概念100 6.1.2 轨迹规划的一般性问题100 6.1.3 轨迹的生成方式102 6.1.4 轨迹规划涉及的主要问题103 6.2 轨迹规划的基本知识103 6.2.1 关节空间和笛卡儿空间103 6.2.2 插补方式分类104 6.2.3 机器人轨迹控制过程104 6.3 关节空间轨迹规划105 6.3.1 三次多项式插值105 6.3.2 过路径点的三次多项式插值106 6.3.3 高阶多项式插值107 6.3.4 用抛物线过渡的线性插值108 6.4 笛卡儿空间轨迹规划110 6.4.1 笛卡儿空间的直线插补110 6.4.2 笛卡儿空间的平面圆弧插补111 6.4.3 笛卡儿空间的空间圆弧插补112 习题113 第7章 工业机器人语言与编程114 7.1 工业机器人编程方式114 7.1.1 示教编程114 7.1.2 离线编程115 7.2 工业机器人编程语言概述116 7.2.1 工业机器人的编程要求116 7.2.2 机器人编程语言的特征与特性117 7.2.3 机器人编程语言的基本功能118 7.2.4 机器人编程语言的发展119 7.3 常用工业机器人编程语言简介121 7.3.1 AL121 7.3.2 VAL122 7.3.3 RAPID语言123 7.4 工业机器人离线编程系统123 7.4.1 离线编程的特点和主要内容124 7.4.2 工业机器人离线编程系统的结构125 7.4.3 ABB工业机器人离线编程仿真软件RobotStudio128 7.4.4 工业机器人离线编程示例129 习题131 第8章 搬运工作站的编程与操作132 8.1 搬运工作站的主要组成132 8.1.1 搬运工作站解包132 8.1.2 搬运工作站介绍134 8.2 编译机械装置136 8.3 添加Smart组件139 8.3.1 Smart组件建立与属性设置139 8.3.2 Smart组件属性与信号连接144 8.4 通信信号的建立与连接145 8.4.1 通信信号的建立146 8.4.2 通信信号的连接148 8.5 工具坐标数据的建立与定义148 8.6 工件坐标数据的建立与定义152 8.7 搬运工作站指令156 8.7.1 关节运动指令MoveJ156 8.7.2 线性运动指令MoveL157 8.7.3 延时指令WaitTime158 8.7.4 控制输出信号指令（置位指令Set、复位指令Reset）158 8.8 调试搬运工作站158 8.8.1 添加程序指令158 8.8.2 调试程序162 8.8.3 搬运工作站程序调试162 习题164 第9章 码垛工作站的编程与操作165 9.1 搬运工作站介绍165 9.2 编译机械装置167 9.3 添加Smart组件168 9.3.1 吸盘Smart组件建立与属性设置168 9.3.2 吸盘Smart组件属性与信号连接171 9.3.3 传送带Smart组件建立与属性设置172 9.3.4 传送带Smart组件属性与信号连接177 9.4 通信信号的建立与连接178 9.4.1 通信信号的建立178 9.4.2 通信信号的连接179 9.5 载荷数据的建立与定义179 9.6 码垛工作站指令180 9.6.1 位置运动指令MoveAbsJ180 9.6.2 加1指令Incr181 9.7 计算码垛位置182 9.8 调试码垛工作站185 9.8.1 码垛工作站例行程序185 9.8.2 添加码垛工作站例行程序187 9.8.3 码垛工作站程序调试197 习题201 0章 焊接工作站的编程与操作202 10.1 焊接工作站介绍202 10.2 编译机械装置204 10.3 添加Smart组件205 10.3.1 弧焊工作站Smart组件建立与属性设置205 10.3.2 弧焊工作站Smart组件属性与信号连接207 10.3.3 点焊工作站Smart组件建立与属性设置208 10.3.4 点焊工作站Smart组件属性与信号连接210 10.4 通信信号的建立与连接210 10.4.1 通信信号的建立210 10.4.2 通信信号的连接213 10.5 常用焊接参数214 10.5.1 弧焊参数214 10.5.2 点焊参数214 10.6 创建碰撞监控215 10.7 焊接工作站指令216 10.7.1 弧焊线性焊接开始指令ArcLStart216 10.7.2 弧焊线性焊接指令ArcL217 10.7.3 弧焊线性焊接结束指令ArcLEnd219 10.7.4 线性/关节点焊指令SpotL/SpotJ220 10.7.5 外轴激活指令ActUnit和DeactUnit221 10.8 调试焊接工作站223 10.8.1 弧焊工作站例行程序223 10.8.2 点焊工作站例行程序225 10.8.3 弧焊工作站程序调试229 10.8.4 点焊工作站程序调试231 习题241 参考文献242