简介
内容提要
《工业机器人应用工程》是工业机器人丛书之一。
全书共分6章。主要包括工业机器人及其应用工程概貌；机器人操作机
的机构结构、运动方程、工作空间和灵活度等基本理论；工业机器人运动控
制的基本概念和实用关键技术；机器人应用中的示教方法、外设控制、安全
措施等。本书用较大篇幅并结合实例论述机器人工作站和生产线的构成、设
计原则和方法以及末端执行器、变位机和机器人移动台架的选型和设计。
本书可供从事机器人技术集成以及现场应用的技术工作者阅读和参
考，也可用作大专院校机、电专业的本科生和研究生的教材。
片断：
绪论
工业机器人自60年代初问世以来，经过了30多年的发展，已
广泛应用于各个工业领域，成为制造业生产自动化中主要的机电
一体化设备。本章将简要介绍工业机器人的产生与发展、分类、用
途以及由他们构成的工作站与生产线实例，并扼要阐述机器人应
用工程研究的一些重要问题。
1.1工业机器人的发展及分类
1.1.1工业机器人
机器人是“ROBOT”一词的中译名。由于影视宣传和科幻小
说的影响，人们往往把机器人想象成外貌似人的机械和电子装置。
但事实并非如此，特别是工业机器人，与人的外貌毫无相像之处。
根据国家标准，工业机器人定义为“其操作机是自动控制的，可重
复编程、多用途，并可对3个以上轴进行编程。它可以是固定式或
移动式。在工业自动化应用中使用。”操作机又定义为“是一种机
器，其机构通常由一系列互相铰接或相对滑动的构件所组成。它通
常有几个自由度，用以抓取或移动物体（工具或工件）”。所以对工
业机器人可以理解为：拟人手臂、手腕和手功能的机械电子装置；
它可把任一物件或工具按空间位（置）姿（态）的时变要求进行移
动，从而完成某一工业生产的作业要求。如夹持焊钳或焊枪，对汽
车或摩托车车体进行点焊或弧焊；搬运压铸或冲压成型的零件或
构件；进行激光切割；喷涂；装配机械零、部件等。
1951年，美国麻省理工学院（MIT）开发成功第一代数控铣床，从
而开辟了机械电子相结合的新纪元。1954年，美国人GeorgeC.Devol
在他申请的专利“Programmedarticletransfer”中，首次提出了“示教
/再现机器人的概念”。1958年，美国推出了世界第一台工业机器人实验
样机。不久，Condec公司与Pulman公司合并，成立了Unimation公
司，并于1961年制造出了用于模铸生产的工业机器人（命名为Unima－
tion）。与此同时，美国AMF公司也研制生产出了另一种可编程的通用
机器，并以“IndustrialRobot”（工业机器人）为商品广告投入市场。
1970年4月，在伊利诺斯工学院召开了第一届全美工业机器人会议。当
时在美国已有200余台工业机器人用于自动生产线上。
日本的丰田和川崎公司，于1967年分别引进了美国的工业机
器人技术。经过消化、仿制、改进、创新到1980年，机器人技术在日
本取得了极大的成功与普及，“1980年”被日本人称之为“日本的
机器人元年”。现在，日本拥有工业机器人的台数（约占世界总台数
的65％）和制造技术都处于世界领先地位。
其他，诸如欧洲各国以及俄罗斯也都在大力发展机器人技术。
根据国际机器人联合会（IFR）的统计，1995年底全世界各主
要国家机器人的台数如表1－1。
目录
目录
1绪论
1.1工业机器人的发展及分类
1.1.1工业机器人
1.1.2工业机器人的组成及操作机的评价指标
1.1.3工业机器人的分类
1.2工业机器人应用工程
1.2.1工业机器人的应用范围和配置形式
1.2.2机器人工作站
1.2.3机器人生产线
1.2.4机器人的应用工程
2工业机器人的机构结构及其运动分析
2.1工业机器人的机构结构
2.1.1PUMA－262机器人的机构结构
2.1.2MOTOMAN－K10机器人的机构结构
2.1.3A4010H机器人的机构结构
2.2两杆之间的位姿变换矩阵
2.2.1位姿矩阵的建立
2.2.2位姿矩阵的逆阵
2.2.3多刚体之间的位姿关系及矩阵方程
2.2.43转角表示的姿态矩阵
2.2.5两杆之间的位姿矩阵
2.3操作机的运动方程及其正、逆解
2.3.1开链操作机
2.3.2带有局部闭链的操作机
2.4工作空间和末杆位姿图
2.4.1工作空间
2.4.2灵活性、灵活度和末杆位姿图
3工业机器人的运动控制
3.1机器人运动控制中的基本概念
3.1.1自由度
3.1.2精度、分辨率与位置重复精度
3.1.3位置与轨迹
3.1.4点位（PTP）与连续（CP）控制
3.1.5多轴协调控制
3.1.6T/P方式工业机器人的基本控制思想
3.2运动控制中的动力学基础
3.2.1直线运动
3.2.2回转运动
3.2.3功率密度
3.2.4惯性转矩J与飞轮力矩GD2
3.2.5最佳系统评价指标
3.3机器人伺服执行机构
3.3.1直流（DC）伺服电机的基本工作原理
3.3.2交流（AC）伺服电机的基本工作原理
3.3.3直流（DC）、交流（AC）伺服电机的控制系统
3.3.4交流（AC）伺服控制系统的数字化
3.4机器人的计算机控制系统
3.4.1计算机控制系统软、硬件的任务分配
3.4.2计算机控制系统软件结构
3.4.3示教、编程与再现
3.5机器人运动控制中的关键技术
3.5.1伺服系统性能指标1－Kp（位置环增益）
3.5.2伺服系统性能指标2－N（速度控制比）
3.5.3轨迹精度
3.5.4运动曲线指令
4工业机器人作业实施
4.1工业机器人的示教
4.1.1示教方式
4.1.2控制点及其修正
4.1.3作业原点
4.1.4坐标系的选择
4.1.5作业条件
4.1.6主程序和子程序
4.2工业机器人的运行与外设控制
4.2.1工业机器人的控制系统与外界的联系
4.2.2工业机器人的运转
4.2.3应用工程的实施方法
4.2.4工件的确认
4.3工业机器人作业中的传感器
4.3.1接触传感器
4.3.2非接触距离传感器
4.3.3力传感器
4.3.4视觉传感器
4.4工业机器人控制系统的扩展功能
4.4.1部分扩展功能简介
4.4.2弧焊应用中的扩展功能
4.5与工业机器人作业相关的控制装置
4.5.1可编程序控制器
4.5.2监控装置
4.6安全措施
4.6.1安全要求
4.6.2实施方法
5工业机器人的生产线及工作站
5.1在生产中引入机器人系统的方法
5.1.1可行性分析
5.1.2机器人工作站和生产线的详细设计
5.1.3制造与试运行
5.1.4交付使用
5.2工业机器人工作站的构成及设计原则
5.2.1机器人工作站引例及其构成
5.2.2机器人工作站的一般设计原则
5.2.3机器人选择示例
5.3工业机器人生产线的构成及设计原则
5.3.1机器人生产线引例及其构成
5.3.2机器人生产线的设计原则
5.4机器人应用中的辅助装置
5.4.1机器人的末端执行器
5.4.2工夹具及变位机
5.4.3机器人架台
6工业机器人应用工程实例分析及展望
6.1弧焊工作站（摩托车车架焊接工作站例）
6.1.1技术要求及工件分析
6.1.2夹具体设计
6.1.3确定总体方案
6.1.4变位机构
6.1.5工作站的设备配置
6.2搬运码垛工作站
6.2.1工件分析
6.2.2工作站总体布局
6.2.3部件及组成设备
6.3多种作业组成的生产线
6.3.1配电高压开关机器人生产线的构成
6.3.2成形和焊接生产线
6.3.3电极加工生产线
6.3.4电极组装生产线
6.3.5成品喷漆生产线
6.4其他站、线简介
6.4.1切割工作站的构成
6.4.2机器人位置检查与测定系统
6.4.3玻璃周边密封条装配工作站
6.4.4轿车车体焊接生产线
6.5未来生产系统与机器人
参考文献
工业机器人应用工程
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- 类型
- 大小
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