工業機器人設計與應用 [Design and Application of Industrial Robot] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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李瑞峰 著

圖書標籤:

• 工業機器人
• 機器人技術
• 自動化
• 機械設計
• 控製工程
• 製造
• 智能製造
• 機器人應用
• 工業4
• 0
• 機器人係統

齣版社： 哈爾濱工業大學齣版社

ISBN：9787560357171

版次：1

商品編碼：12108998

包裝：平裝

叢書名： 機器人先進技術與研究應用係列

外文名稱：Design and Application of Industrial Robot

開本：16開

齣版時間：2017-01-01

用紙：膠版紙

頁數：247

字數

內容簡介

　　《工業機器人設計與應用》是作者多年從事工業機器人研發的一些技術總結。針對工業機器人的設計和應用過程，《工業機器人設計與應用》分彆從工業機器人的分類、機械係統設計、控製係統設計、機器人測試、機器人編程及應用等方麵，為讀者介紹瞭完整的工業機器人開發和應用流程以及應該注意的一些技術問題。
　　《工業機器人設計與應用》可供機器人研發、設計、工程應用的技術人員參考，也可以作為高等院校機械製造工程專業的教師、研究生和本科生的教學參考書。

內頁插圖

目錄

第1章 緒論
1．1 機器人的定義與發展
1．2 工業機器人的分類
1．3 工業機器人的應用
1．4 工業機器人的關鍵技術
1．5 工業機器人發展現狀和趨勢
1．6 小結

第2章 機器人運動學及動力學
2．1 機器人運動方程錶示
2．2 機器人運動方程求解
2．3 機器人運動分析
2．4 機器人係統動力學
2．5 小結

第3章 工業機器人機械設計及性能測試
3．1 工業機器人的機械係統組成
3．2 機器人關節及自由度
3．3 工業機器人本體材料選擇
3．4 機器人傳動機構
3．5 典型工業機器人設計
3．6 工業機器人係統性能測試
3．7 小結

第4章 工業機器人驅動與控製
4．1 工業機器人驅動係統
4．2 工業機器人控製係統結構
4．3 機器人控製理論及方法
4．4 機器人控製係統工程實現
4．5 基於IPC的機器人控製係統設計
4．6 小結

第5章 機器人機構及驅動係統優化
5．1 工業機器人優化指標及方法
5．2 麵嚮動態性能的機器人機構係統優化
5．3 麵嚮動態性能的機器人驅動係統優化
5．4 小結

第6章 機器人編程及操作
6．1 機器人編程
6．2 機器人軟件設計
6．3 機器人操作
6．4 小結

第7章 典型工業機器人係統應用
7．1 焊接機器人應用
7．2 搬運機器人應用
7．3 噴塗機器人應用
7．4 裝配機器人應用
7．5 工業機器人柔性製造綫應用實例
7．6 小結

第8章 工業機器人智能應用技術
8．1 工業機器人傳感及控製
8．2 視覺傳感及應用
8．3 力覺傳感及應用
8．4 小結
參考文獻
名詞索引

前言/序言

　　機器人技術是涉及機械電子、驅動、感知測量、控製、通信和計算機等學科的綜閤性高新技術，是光、機、電、軟一體化研發製造的典型代錶。機器人的研發、製造、應用是衡量一個國傢科技創新和高端製造業水平的重要標誌，是推進傳統産業改造升級和結構調整的重要支撐。
　　隨著科學技術的發展，機器人的智能水平越來越高，也推動瞭工業機器人的快速發展。目前，工業機器人已經廣泛應用於汽車及汽車零部件製造業、機械加工行業、電子電氣行業、醫療衛生行業、橡膠及塑料行業、食品行業、物流和製造業等諸多領域。同時，工業機器人也是衡量一個國傢製造水平和科技水平的重要標誌。
　　習近平總書記在2014年6月9日兩院院士大會上，對機器人的發展前景進行瞭預測和肯定，他指齣：我國將成為未來全球最大的機器人市場，我們不僅要把我國機器人水平提高上去，而且要盡可能多地占領市場。此次講話激勵瞭廣大工程技術人員研發機器人的熱情，預示著我國將掀起機器人技術創新發展的新一輪浪潮。
　　隨著中國人口紅利的消失以及用工成本的提高，企業對自動化升級的需求越來越迫切，“機器換人”的計劃正在大麵積推廣，目前全國已有40多傢機器人産業園，從事機器人研發生産的公司達800多傢。2014年中國已經成為世界年采購機器人數量最多的國傢，並且是全球最大的機器人市場。社會對從事機器人技術開發的工程技術人員的需求越來越大，但能係統地介紹工業機器人研發的專業技術書籍還不多。本書作者多年從事工業機器人技術研發，先後承擔過多項國傢數控重大專項、863計劃項目中的工業機器人研發課題，具有豐富的工業機器人研發經驗，書中的部分機器人實例也是這些國傢項目的技術成果。
　　本書除瞭介紹和討論機器人學的基本理論外，更加注重機器人的實際設計及工程應用中應該注意的問題和一些關鍵技術的掌握。書中係統地介紹瞭工業機器人的基本概念、分類、結構特點、控製技術、編程技術及應用維護技術，並結閤實際的典型工業機器人，介紹瞭機器人的設計、操作、係統集成、現場應用及維護技術。
　　本書由哈爾濱工業大學機器人研究所李瑞峰、葛連正共同撰寫，其中第2章、第5章和第8章由葛連正撰寫，第1章、第4章、第6章和第7章由李端峰撰寫，全書由李瑞峰統稿。本書的撰寫工作得到瞭陳健、仝勛偉、於殿勇、王淑英、吳重陽、郭萬金等同誌的大力支持與幫助，在此錶示衷心感謝。

智能製造的基石：工業機器人技術革新與實踐指南 在當今快速發展的製造業浪潮中，效率、精度和柔性已成為企業贏得競爭的關鍵要素。而工業機器人，作為實現這些目標的核心驅動力，正以前所未有的速度滲透到生産綫的每一個環節，深刻地改變著全球製造業的格局。本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的視角，探索工業機器人技術的核心原理、發展脈絡、前沿應用以及未來的發展趨勢，為從業者、研究者和對智能製造感興趣的讀者提供一份詳實的技術指南和實踐參考。 第一章：工業機器人的演進之路與核心構成 本章將帶領讀者迴顧工業機器人從早期機械臂雛形到如今高度智能化、網絡化係統的演變曆程。我們將追溯自動化技術的起源，分析工業機器人在不同曆史階段扮演的角色以及技術瓶頸的突破。重點將闡述構成一颱工業機器人必不可少的幾個關鍵部分： 本體結構 (Robot Body)： 深入解析不同類型工業機器人的機械結構，如關節型機器人（SCARA, Articulated）、Delta機器人、並聯機器人、協作機器人等。我們會詳細講解各關節的自由度、負載能力、工作範圍、運動精度等關鍵參數的意義，以及不同結構在特定應用場景下的優勢與局限。材料科學的進步如何影響機器人臂的輕量化和強度提升也將是探討的重點。 末端執行器 (End-Effector)： 作為機器人與外界交互的關鍵，末端執行器決定瞭機器人能夠執行的具體任務。本章將詳盡介紹各類末端執行器，包括夾爪（機械式、氣動式、電磁式）、吸盤、焊接槍、噴塗嘴、檢測傳感器、以及更復雜的工具集成。我們將分析不同執行器的適用性、抓取原理、力反饋機製以及如何根據工件特性進行選擇和定製。 驅動係統 (Drive System)： 機器人運動的動力來源。我們將深入講解伺服電機、步進電機、液壓係統和氣動係統在機器人驅動中的應用。重點分析伺服係統的精度控製、響應速度、能耗以及其在實現復雜軌跡運動中的核心作用。齒輪箱、減速器、軸承等傳動部件的設計與選型對機器人性能的影響也將一並探討。 控製係統 (Control System)： 機器人大腦的體現，負責接收指令、處理信息並精確控製執行機構的運動。本章將剖析機器人控製係統的層次結構，包括硬件層（控製器、驅動器、傳感器接口）和軟件層（運動控製器、任務規劃器、人機界麵）。我們將詳細介紹PID控製、力矩控製、軌跡規劃算法（如點對點、連續軌跡、插補算法）以及它們在保證機器人運動平穩、精確和安全方麵的關鍵作用。 傳感器係統 (Sensor System)： 賦予機器人“感知”能力。我們將介紹機器人常用的各類傳感器，包括位置傳感器（編碼器、鏇轉變壓器）、力/扭矩傳感器、視覺傳感器（相機、激光掃描儀）、接近傳感器、溫度傳感器等。重點分析這些傳感器如何為機器人提供實時環境信息、實現閉環控製、進行障礙物規避以及進行質量檢測。 第二章：工業機器人的核心技術與算法解析 本章將深入探討支撐工業機器人實現智能化和自主化運行的關鍵技術和算法。 運動學與動力學 (Kinematics and Dynamics)： 這是機器人學的基礎。我們將詳細講解正逆運動學，即如何根據關節角度計算末端執行器的位置和姿態，以及如何反過來計算實現特定末端位姿所需的關節角度。此外，機器人動力學的建模與分析，包括牛頓-歐拉法、拉格朗日法，對於理解機器人運動過程中的慣性力、重力、摩擦力等至關重要，也是實現高精度動態控製的前提。 軌跡規劃與插值 (Trajectory Planning and Interpolation)： 如何讓機器人按照預設的路徑平滑、高效地運動是實際應用中的核心問題。本章將介紹不同類型的軌跡規劃方法，包括直綫插值、圓弧插值、以及基於樣條麯綫的平滑插值，並分析其在速度、加速度和加加速度連續性方麵的要求。 路徑搜索與避障 (Path Search and Obstacle Avoidance)： 在復雜的生産環境中，機器人需要能夠自主規劃路徑並規避障礙物。我們將探討A算法、RRT（快速探索隨機樹）等經典路徑搜索算法，以及如何結閤傳感器數據（如激光雷達、深度相機）實現實時動態避障，確保生産過程的安全。 機器人視覺與目標識彆 (Robot Vision and Object Recognition)： 視覺係統是機器人與環境交互的重要窗口。本章將詳細介紹機器視覺的基本原理，包括圖像獲取、預處理、特徵提取、圖像分割。重點將放在目標識彆與定位算法，如模闆匹配、SIFT、SURF，以及近年來在製造業中得到廣泛應用的深度學習方法（如CNN）在目標檢測、分類和姿態估計中的應用。 力控與柔順操作 (Force Control and Compliant Motion)： 許多精密裝配、打磨、拋光等任務需要機器人具備“觸覺”和“感知”能力，能夠對接觸力進行精確控製。本章將介紹不同類型的力控策略，如阻抗控製、導納控製，以及如何利用力/扭矩傳感器實現柔順的碰撞檢測和自適應操作。 第三章：工業機器人在關鍵製造領域的典型應用 本章將聚焦工業機器人在不同製造領域的實際應用案例，展示其為提升生産效率、産品質量和柔性化生産帶來的變革。 搬運與碼垛 (Material Handling and Palletizing)： 介紹機器人如何替代人工進行物料的抓取、搬運、裝卸以及在托盤上的規則碼放。重點分析不同類型機器人（如Delta機器人、六軸關節機器人）在高速、大負載搬運場景下的優勢，以及碼垛路徑規劃和防碰撞技術。 焊接與切割 (Welding and Cutting)： 機器人焊接（如點焊、弧焊）和切割（如激光切割、等離子切割）是工業機器人最早也是最成熟的應用領域之一。本章將詳細介紹機器人軌跡規劃在復雜麯麵焊接中的應用，以及如何通過精確控製焊接參數（電流、電壓、速度）保證焊接質量。 裝配與擰緊 (Assembly and Fastening)： 機器人自動化裝配是提升生産效率和一緻性的關鍵。我們將探討機器人在精密零件的拾取、對準、插入以及螺釘的自動擰緊等任務中的應用，以及如何利用視覺引導和力反饋實現高精度裝配。 噴塗與打磨 (Painting and Polishing)： 機器人噴塗能夠實現均勻、高效的塗層覆蓋，而機器人打磨則能保證零件錶麵質量的一緻性。本章將分析機器人如何生成平滑、高效的噴塗或打磨軌跡，以及如何根據錶麵形狀進行自適應調整。 檢測與質量控製 (Inspection and Quality Control)： 機器人與視覺檢測係統的結閤，極大地提高瞭産品質量檢測的效率和準確性。我們將介紹機器人如何將相機引導到産品指定位置進行高精度檢測，以及如何通過圖像分析發現産品缺陷。 協作機器人 (Collaborative Robots, Cobots)： 作為新興的機器人形態，協作機器人能夠與人類在同一工作空間內安全地協同工作。本章將深入分析協作機器人的安全設計理念、人機交互方式以及其在人機協同裝配、包裝、檢測等場景下的獨特價值。 第四章：工業機器人係統的集成與部署 將機器人成功引入生産綫需要係統性的集成和周密的部署。 係統集成流程： 詳細闡述從需求分析、機器人選型、工作站設計、軟件開發、現場調試到最終交付的全過程。 工作站設計原則： 如何根據機器人型號、工藝流程、生産節拍、場地限製等因素，設計高效、安全、符閤人體工程學的工作站。 安全設計與防護： 機器人安全是重中之重。本章將詳細介紹各種安全防護措施，包括安全圍欄、光幕、安全傳感器、緊急停止按鈕，以及符閤相關國際安全標準（如ISO 10218）的設計原則。 通信協議與網絡集成： 工業機器人需要與其他生産設備、PLC、MES係統進行數據交互。本章將介紹EtherNet/IP, PROFINET, Modbus TCP等主流工業通信協議，以及如何實現機器人與上位係統的無縫集成。 故障診斷與維護： 瞭解常見機器人故障及其診斷方法，以及預防性維護和定期保養的重要性，能夠最大程度地保障生産綫的穩定運行。 第五章：工業機器人的未來展望與挑戰 本章將目光投嚮工業機器人的未來發展方嚮，以及其麵臨的機遇與挑戰。 智能化與自主化： 深度學習、強化學習等人工智能技術將進一步提升機器人的感知、決策和學習能力，使其能夠處理更復雜的非結構化任務。 人機協作的深化： 協作機器人將更加普及，實現更自然、更高效的人機交互，解放人力，提升工作舒適度。 柔性製造與個性化定製： 機器人將成為實現大規模個性化定製的關鍵，能夠快速適應産品變化和生産需求。 機器人即服務 (RaaS)： 探索新的商業模式，降低企業使用機器人的門檻。 麵臨的挑戰： 包括高昂的初始投資、技術人纔的短缺、數據安全與隱私問題、以及倫理和社會影響等。 本書旨在為讀者構建一個全麵、係統的工業機器人技術知識框架，從理論到實踐，從基礎到前沿，幫助讀者深刻理解工業機器人在現代製造業中的核心地位和巨大潛力。通過對本書的學習，讀者將能夠更好地掌握工業機器人的設計、應用與集成技術，為推動智能製造的發展貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

天哪，我終於找到瞭這本書！一直以來，我都對工業機器人那一塊兒特彆著迷，覺得它們簡直是未來工廠的靈魂。每次看到新聞裏那些靈活精準搬運、焊接、組裝的機器人手臂，我內心都湧起一股衝動，想知道它們是怎麼做到的，又能在哪些領域發揮作用。市麵上關於機器人技術的書也不少，但很多要麼太偏理論，要麼就是純粹的科普，很難找到一本既能深入淺齣地講解設計原理，又能全麵展示實際應用的書。這本書的標題《工業機器人設計與應用》一齣現，就牢牢抓住瞭我的眼球。我腦子裏已經浮現齣它會是一本什麼樣的書瞭：會詳細講解各種類型工業機器人的機械結構、控製係統、傳感技術，甚至可能包括它們的材料選擇和動力學模型。更重要的是，我期待它能帶我走進現實世界的工廠，看看這些機器人是怎麼被集成到生産綫上的，它們在汽車製造、電子産品組裝、物流倉儲等各個行業裏究竟承擔著怎樣的角色，又是如何提升效率、降低成本、保障安全的。我希望這本書不僅僅是枯燥的技術說明，更能充滿案例分析和實際場景的描繪，讓我仿佛置身於一個智能化的生産車間，親身感受工業機器人的強大魅力和無限可能。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我最近在考慮是不是要往工業自動化這個方嚮轉型，畢竟傳統製造業的就業前景，懂的都懂。聽朋友推薦瞭這本書，說內容非常紮實，適閤我這種想從頭開始瞭解的人。我預設它會是一本從基礎概念講起的書，比如首先會介紹什麼是工業機器人，它的基本組成部分，像機械臂、控製器、末端執行器等等。然後，可能會深入到機器人的設計層麵，比如如何進行結構設計，怎麼選擇閤適的電機和傳動方式，以及如何保證機器人的精度和穩定性。我尤其關心的是控製係統部分，不知道這本書會不會講解PID控製、軌跡規劃、運動學和動力學分析這些核心內容。如果能配上一些圖示和簡單的算例，那就太完美瞭。當然，這本書名字裏還有“應用”兩個字，所以我相信它不會隻停留在理論層麵，一定會花大量的篇幅去介紹各種工業機器人在不同行業裏的實際應用，比如在焊接、噴塗、搬運、裝配、檢測等方麵的具體案例。我特彆希望能看到一些成功的企業如何利用機器人來優化生産流程，提高産品質量，以及應對勞動力短缺問題的。這本書要是能給我指明一條清晰的學習路徑，那真是太棒瞭。

評分☆☆☆☆☆

我是一名大學在讀的機械工程專業的學生，最近在學習自動化和機器人技術相關的課程，感覺有些地方需要更深入的理解和補充。這本書的標題《工業機器人設計與應用》聽起來就像是為我量身定做的。我期待它能是一本集理論知識與實踐案例於一體的學習資料。首先，在“設計”方麵，我希望它能詳細介紹工業機器人的基本構成，包括機械臂、關節、驅動係統、末端執行器等，並講解它們的設計原理和計算方法。例如，關於運動學，我希望能看到正逆運動學的推導和應用；在動力學方麵，我希望能理解機器人的質量、慣性以及如何進行動力學建模。此外，控製係統也是我非常關心的部分，比如PID控製、軌跡規劃、PLC與機器人控製器的接口等。更重要的是，“應用”部分，我希望它能提供各種工業機器人實際應用的案例分析，比如在汽車製造、3C電子、新能源等行業中的典型應用。最好能有一些關於機器人係統集成、編程調試、安全防護以及未來發展趨勢的探討，這對我完成畢業設計和未來的職業規劃都會有很大的幫助。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在職的工程師，工作內容經常會涉及到與自動化設備打交道，但說實話，對於“工業機器人”這個概念，我感覺自己瞭解得還不夠係統。市麵上的一些技術手冊太專業瞭，對初學者不太友好，而一些科普讀物又太淺顯，滿足不瞭我深入探究的渴望。這本書的齣現，讓我眼前一亮。我猜想它會是一本非常全麵的工業機器人指南，從最基本的原理齣發，逐步深入到設計的細節，再到實際的應用場景。我期待它能詳細解析各種工業機器人的分類，比如關節型機器人、SCARA機器人、Delta機器人等等，並說明它們的優缺點以及適用範圍。在設計部分，我希望能看到關於機器人本體結構、材料選擇、載荷計算、運動學和動力學建模方麵的詳細介紹，最好能結閤一些工程實例。更吸引我的是“應用”部分，我希望能看到機器人如何在汽車、電子、航空航天、食品等不同行業中發揮作用，比如在精密裝配、危險環境作業、自動化倉儲等方麵的應用案例。這本書要是能提供一些關於機器人選型、集成和故障排除的經驗性建議，那就更好瞭，這對於我日常的工作會非常有幫助。

評分☆☆☆☆☆

我一直對未來工廠的模樣充滿好奇，尤其是那些在流水綫上高效運作的機器人，它們簡直就是現代工業的縮影。這本書的標題《工業機器人設計與應用》正好戳中瞭我的興趣點。我設想它會是一本帶領讀者走進工業機器人世界的“地圖冊”。它會首先勾勒齣工業機器人的宏觀圖景，介紹它們的曆史發展、分類以及在現代工業中的重要地位。然後，它應該會深入到“設計”的精髓，詳細闡述構成一個工業機器人所需的關鍵技術，比如機械臂的運動學和動力學原理，控製係統的算法和實現，傳感器的選擇和集成，以及如何保證機器人的精度、速度和穩定性。我希望它能用清晰的圖解和通俗易懂的語言來解釋這些復雜的技術概念。至於“應用”部分，我非常期待它能展示工業機器人在各個領域的實際落地場景，例如在汽車製造中的焊接和總裝，在電子産品組裝綫上的精密操作，在物流中心的自動化分揀和搬運，甚至是醫療手術中的輔助應用。這本書要是能告訴我，這些機器人是如何被“訓練”和“部署”的，又是如何與人類協同工作的，那對我來說將是巨大的收獲。

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還不錯…………

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很好

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很好的一本

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還不錯…………

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