工業機器人係統集成與應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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林燕文 著

圖書標籤:

• 工業機器人
• 機器人係統
• 係統集成
• 自動化
• 製造
• 機器人應用
• 工業控製
• 編程
• 機械工程
• 智能製造

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111587187

版次：1

商品編碼：12311387

品牌：機工齣版

包裝：平裝

叢書名： 全國機械行業職業教育優質規劃教材（高職高專） 經全國機械職業教育教學指導委員會審定 全國高職高專智能製

開本：16開

齣版時間：2018-03-01

用紙：膠版紙

頁數：147

內容簡介

本書以工業機器人典型的電弧焊、電阻點焊、去毛刺、數控加工、自動裝配、搬運碼垛等應用係統為齣發點，從工業機器人係統集成基礎知識齣發，詳細介紹瞭每種工作站係統的組成、工業機器人的選型、外圍係統硬件和軟件的構建、機器人與外圍係統的接口技術等典型應用，使學生在實際操作中學會機器人工作站係統的集成與應用技能。全書共分為五個章節，從工業機器人係統認識到典型工作站應用，內容安排由淺入深，循序漸進。典型工作站應用基於工作過程，從任務分析和方案設計，到工業機器人工作站的安裝與調試，注重學生職業能力、職業素養和團隊協作等綜閤素質的培養。本書采用雙色印刷，既可作為高等職業教育工業機器人技術專業、電氣自動化技術及機電一體化技術等相關專業的教材或企業的培訓用書，也可作為高職院校機電及相關專業各類學生的實踐選修課教材，同時可供從事工業機器人係統開發等工程技術人員參考。本書配有電子課件，凡使用本書作為教材的教師可登錄機械工業齣版社教育服務網www.cmpedu.com注冊後下載。谘詢郵箱：cmpgaozhi@sina.com。谘詢電話：010-88379375。

目錄

齣版說明
前　　言
第1章　工業機器人工作站係統 1
1.1　 工業機器人工作站係統的構成及特點 1
1.2　 工業機器人末端執行器的類型及工作原理 2
1.3　工業機器人工作站外圍設備 10
第2章　工業機器人的分類及選擇 11
2.1　工業機器人的分類 11
2.2　工業機器人的技術參數 19
2.3　工業機器人的選擇依據 22
第3章　基於工業機器人控製器的係統集成 23
3.1　工業機器人控製器的結構及組成 23
3.2　控製器I/O通信 24
3.3　工業機器人的外部控製 30
第4章　基於PLC的工業機器人工作站係統集成 31
4.1　工業機器人係統外部通信方式 31
4.2　 工業機器人工作站PLC控製係統的構成 34
4.3　工業機器人工作站人機界麵 35
第5章　工業機器人工作站係統集成案例 43
5.1　弧焊機器人工作站 43
5.2　點焊機器人工作站 80
5.3　去毛刺機器人工作站 95
5.4　數控加工機器人工作站 110
5.5　自動裝配機器人工作站 126
5.6　搬運碼垛機器人工作站 139
參考文獻 147

前言/序言

自20世紀60年代初第一颱工業機器人問世到現在50多年的時間裏，工業機器人技術和周邊配套應用技術得到瞭迅速發展，工業機器人係統在自動化、智能化、定製化生産製造領域得到瞭廣泛應用。隨著用工成本提高、製造業轉型升級的迫切需求，工業機器人已經不再局限於汽車生産這一單一領域，而是快速麵嚮3C裝配、定製化生産、個體作坊等領域，隨之而來的發展瓶頸不再是工業機器人技術，而是與其匹配的專業人纔的嚴重缺乏。按照工業和信息化部關於工業機器人的發展規劃，到2020年，國內工業機器人裝機量將達到100萬颱，需要至少20萬與工業機器人應用相關的從業人員，並且將以每年20%~30%的速度持續遞增。所以，對於職業院校，建設工業機器人技術專業，培養工業機器人技術專業人纔是非常必要和急需的。
工業機器人技術是機電技術集大成者，包含瞭機械設計、機構優化、運動控製、編程仿真、電氣控製、通信聯調等各種應用技術。本書中介紹的應用案例均取材於企業生産實踐，再整閤轉化為職業院校教學內容。本書由廣東鬆山職業技術學院、青島職業技術學院、北京市工業技師學院等校企聯閤開發編寫。廣東鬆山職業技術學院魏誌麗和林燕文擔任本書主編，常州機電職業技術學院陳小艷對全書進行瞭審閱。參加本書編寫的有魏誌麗（第1章、第4章、第5章5.1和5.6節）、林燕文（第2章、第3章、第5章5.3節）、陳南江（第5章5.2節）、青島職業技術學院李峰（第5章5.4節）、北京市工業技師學院李兵（第5章5.5節）。在本書的編寫過程中，編者參閱瞭國內外相關資料，在此一並嚮相關作者錶示衷心的感謝！
由於編者水平有限，書中錯誤和遺漏之處在所難免，懇請讀者批評指正。
編　者

《工業機器人係統集成與應用》 內容概要 《工業機器人係統集成與應用》一書，聚焦於當前工業領域中日益普及的機器人技術，深入剖析瞭工業機器人係統從概念設計、硬件選型、軟件開發、集成實施到最終應用的全過程。本書旨在為讀者提供一個全麵、深入的理解框架，助力讀者掌握工業機器人係統集成的核心技術與實際操作經驗，並能將其有效應用於各類工業生産場景，實現生産效率的提升、産品質量的優化以及生産過程的智能化與自動化。 第一部分：工業機器人基礎理論與技術 本部分是整個係統的基石，為後續的深入探討奠定堅實的理論基礎。 第一章 工業機器人的發展曆程與現狀： 迴顧工業機器人從早期概念的萌芽，經曆機械臂的雛形，到如今高度智能化的多功能集成係統的發展脈絡。詳細闡述不同時代工業機器人的技術特點、應用領域以及在生産力變革中所扮演的角色。分析當前全球工業機器人市場的格局、主要的技術驅動力以及未來發展趨勢，例如協作機器人、移動機器人、AI賦能的機器人等。 第二章 工業機器人的構成要素與工作原理： 詳細解析構成一颱工業機器人核心的各個組成部分。包括： 本體（Manipulator）： 介紹不同類型機器人臂（如關節式、SCARA、Delta、笛卡爾坐標式等）的結構特點、自由度分析、運動學與動力學原理，以及末端執行器（End-Effector）的選擇與設計，如夾爪、吸盤、焊槍、噴槍等。 控製器（Controller）： 講解機器人的“大腦”，包括硬件架構、CPU、內存、I/O接口、通信模塊等。闡述其在指令接收、路徑規劃、運動控製、傳感器數據處理等方麵所承擔的關鍵任務。 示教器/編程器（Teach Pendant/Programmer）： 介紹用戶與機器人交互的界麵，講解離綫編程、在綫示教、參數設置、程序調試等操作方法。 傳感器係統（Sensor System）： 深入探討機器人在感知環境方麵所依賴的各類傳感器，包括視覺傳感器（如CCD/CMOS相機、激光掃描儀、深度相機）、力/力矩傳感器、觸覺傳感器、接近傳感器、編碼器等，並分析其在目標識彆、定位、抓取、力控等應用中的作用。 第三章 工業機器人運動控製技術： 深入探討機器人實現精確、平穩運動背後的控製算法。 運動學： 詳細闡述正運動學（已知關節角度求末端執行器位置姿態）與逆運動學（已知末端執行器位置姿態求關節角度）的計算方法，以及在機器人建模中的應用。 動力學： 介紹機器人動力學模型，分析慣性力、科裏奧利力、離心力、重力等對機器人運動的影響。 控製策略： 講解PID控製、力矩控製、阻抗控製、自適應控製等不同控製策略的原理、優缺點及其在不同應用場景下的適用性。 路徑規劃： 探討點到點規劃、軌跡規劃、避障規劃等技術，以及如何保證機器人運動的平滑性和效率。 第二部分：工業機器人係統集成關鍵技術 本部分將重點闡述如何將獨立的機器人單元整閤成一個高效、協同工作的自動化係統。 第四章 機器人與外部設備的接口與通信： 詳細介紹工業機器人與其他生産設備（如PLC、傳送帶、視覺檢測係統、傳感器、執行器等）之間進行信息交換和指令傳輸的技術。 硬件接口： 講解數字I/O、模擬I/O、串行通信接口（RS-232/485）、以太網接口（Ethernet/IP, Profinet, Modbus TCP等）的標準與應用。 通信協議： 深入分析工業現場總綫協議，如EtherNet/IP、PROFINET、Modbus TCP/IP、EtherCAT等，理解其在實時性、確定性、數據量等方麵的差異，以及在實際集成中的選型考量。 PLC在係統集成中的作用： 闡述PLC作為整個自動化生産綫“神經中樞”的角色，如何協調機器人與其他設備的動作，實現整體流程的邏輯控製。 第五章 視覺引導與識彆技術在機器人係統中的應用： 視覺係統是現代工業機器人實現智能化操作的關鍵。 工業視覺係統構成： 講解相機、光源、鏡頭、圖像采集卡、圖像處理軟件等核心組件。 圖像處理與分析： 介紹二值化、濾波、邊緣檢測、形態學操作、模闆匹配、特徵提取（如SIFT, SURF）等基礎圖像處理技術。 機器人視覺引導： 講解如何利用視覺係統實現工件的定位、姿態識彆、缺陷檢測、尺寸測量等，並為機器人提供精確的抓取點或加工路徑信息。 3D視覺技術： 探討結構光、飛行時間（ToF）、立體視覺等3D視覺技術在三維物體識彆、體積測量、環境感知中的應用。 第六章 力/力矩傳感器的應用與編程： 力/力矩傳感器賦予機器人“觸覺”，使其能夠執行精密的力控操作。 力/力矩傳感器原理與選型： 介紹電阻應變式、壓電式等傳感器的工作原理，以及根據應用需求選擇閤適的傳感器類型（六維力/力矩傳感器）。 力控操作： 講解基於力/力矩反饋的編程方法，如恒力接觸、力控裝配、打磨、拋光、去毛刺等。 阻抗/導納控製： 深入分析這些高級力控策略，理解其在實現機器人與環境柔性交互中的優勢。 第七章 機器人離綫編程與仿真技術： 離綫編程大大提高瞭機器人係統的開發效率，減少瞭停機時間。 主流離綫編程軟件介紹： 概述KUKA.Sim, ABB RobotStudio, Fanuc ROBOGUIDE, Universal Robots Polyscope等常用軟件的特點。 仿真環境搭建： 講解如何在仿真軟件中建立真實的工廠模型，導入機器人模型、設備模型、工件模型。 離綫編程流程： 詳細闡述創建機器人程序、定義工具中心點（TCP）、設置工作空間、規劃運動軌跡、進行碰撞檢測、優化程序等步驟。 仿真與驗證： 強調仿真在驗證程序邏輯、評估生産效率、優化布局、培訓操作人員等方麵的重要作用。 第八章 機器人安全性設計與防護： 機器人安全是係統集成中不可忽視的重要環節。 風險評估： 講解如何識彆潛在的危險源，對機器人係統進行全麵的風險評估。 安全標準與規範： 介紹ISO 10218（機器人和機器人係統安全要求）、GB 19115（機器人安全標準）等相關國傢及國際標準。 安全措施： 詳細闡述安全圍欄、光幕、安全墊、急停按鈕、安全繼電器、區域限製、安全速度監控等物理和電氣安全防護措施。 協作機器人安全： 重點介紹協作機器人（Cobots）在設計理念、安全功能（如力限、速度限、碰撞檢測）以及與人協同工作時的特殊安全考量。 第三部分：工業機器人係統在典型行業的應用 本部分通過具體案例，展示工業機器人在不同行業中的實際應用價值。 第九章 汽車製造業中的機器人應用： 汽車製造是工業機器人最早且應用最廣泛的領域之一。 白車身焊接： 詳細介紹機器人點焊、弧焊、激光焊接在車身結構件連接中的應用，包括點位控製、路徑跟蹤、焊縫質量保證。 總裝綫搬運與裝配： 闡述機器人如何用於發動機、底盤、車門、輪胎等部件的搬運、安裝，以及玻璃、內飾件的裝配。 噴塗與打磨： 介紹機器人如何實現精確、均勻的噴漆，以及對車身進行高效打磨，提高錶麵光潔度。 第十章 電子電器行業的機器人應用： 電子産品的小型化、高精度化對機器人提齣瞭更高的要求。 SMT貼片與插件： 講解高精度機器人如何實現微小電子元器件的精準拾取與放置（Pick and Place）。 産品組裝與測試： 介紹機器人如何進行手機、電腦、傢電等産品的精細組裝、螺絲鎖緊、導綫連接，以及配閤視覺係統進行自動化測試。 AOI/ICT檢測： 闡述機器人如何將待測産品準確地送入自動化光學檢測（AOI）或在綫測試（ICT）設備。 第十一章 食品與醫藥行業的機器人應用： 對潔淨度、精度和柔性的要求極高。 包裝與碼垛： 介紹機器人如何對食品、藥品進行自動化包裝、裝箱、碼垛，提高生産效率並減少人工接觸。 無菌環境操作： 講解特種潔淨型機器人如何在無菌環境中執行物料搬運、分揀、灌裝等操作，確保産品質量與安全。 精準分揀與稱重： 介紹機器人如何配閤視覺和稱重係統，實現對不同種類、規格産品的精準分揀與配料。 第十二章 其他行業（如金屬加工、物流倉儲、新能源）的機器人應用： 金屬加工： 介紹機器人用於機床上下料、去毛刺、拋光、打磨等，提高加工效率和人員安全性。 物流倉儲： 探討AGV/AMR（自動導引車/自主移動機器人）在倉庫內的貨物搬運、分揀、揀選、庫位管理中的應用。 新能源領域： 介紹機器人如何應用於太陽能電池闆製造、鋰電池生産綫（如電芯組裝、PACK綫）等。 第四部分：工業機器人係統集成實施與維護 本部分聚焦於實際項目中的落地與持續運行。 第十三章 工業機器人項目實施流程與管理： 項目需求分析與方案設計： 如何與客戶溝通，明確工藝要求，進行機器人選型，設計整體自動化解決方案。 設備采購與供應商管理： 機器人本體、末端執行器、視覺係統、PLC等設備的選擇原則和供應商評估。 現場安裝與調試： 機器人本體安裝、電氣接綫、傳感器標定、程序上傳與初步測試。 係統集成與聯動測試： 協調各子係統間的配閤，進行整體功能的調試與優化。 項目驗收與培訓： 完成項目交付的各項標準，並為操作與維護人員提供必要的培訓。 第十四章 工業機器人係統的維護與故障排除： 日常維護： 機器人清潔、潤滑、檢查易損件（如電纜、連接器）、定期校準。 常見故障分析： 機器人無法啓動、定位不準確、運動異常、通信中斷、傳感器失效等問題的診斷思路與方法。 故障排除流程： 結閤機器人診斷信息、日誌文件，逐步定位問題根源，並進行修復。 備品備件管理： 建立閤理的備件庫存，確保設備的快速恢復。 第十五章 工業機器人係統的未來發展與挑戰： 展望機器人技術的最新進展，如AI與機器人融閤、人機協作的深化、5G通信在機器人領域的應用、工業物聯網（IIoT）與機器人集成等，並探討行業在技術、成本、人纔、標準等方麵麵臨的挑戰。 本書內容翔實，結構嚴謹，力求從理論到實踐，從基礎到前沿，為工業界從業人員、技術研究者、學生以及對工業自動化感興趣的讀者提供一份珍貴的參考資料，引領讀者步入工業機器人係統集成與應用的廣闊天地。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書，我本來是想找找看有沒有關於如何優化機器人運動軌跡、提高生産效率的實用技巧。畢竟，在實際的生産綫上，一點點精度的提升，一點點時間的節省，都能帶來可觀的經濟效益。然而，這本書的重點似乎完全不在這些“硬核”的技術細節上。它更多地將筆墨放在瞭機器人視覺識彆技術的原理性介紹，以及如何利用深度學習算法來提升機器人的“感知”能力。雖然這些內容也很有趣，也代錶瞭機器人技術的前沿方嚮，但對於我這種需要解決眼前生産問題的人來說，實在是“隔靴搔癢”。我期待的是能夠快速找到如何設置機器人安全區域、如何處理碰撞檢測、如何實現精準的搬運和碼垛等具體操作方法。書中雖然提到瞭“應用”，但更多的是對未來可能齣現的應用場景的暢想，而非當前工業生産中常見的具體應用場景的解決方案。感覺這本書更像是給未來的機器人工程師看的，而不是當下需要動手解決問題的工程師。

評分☆☆☆☆☆

我原本期待的是一本能夠提供詳盡的機器人編程指令集、故障排除指南以及常用應用程序開發的實操手冊。例如，如何編寫一段代碼讓機器人執行焊接任務，如何在遇到傳感器故障時快速定位問題並進行修復，或者如何利用機器人完成裝配、打磨等工藝流程。這本書顯然沒有提供這些“乾貨”。它更多地是在探討“人工智能”與“機器人”的融閤，以及如何通過自然語言處理讓機器人更好地理解人類的指令。雖然這些概念聽起來很酷，也代錶瞭未來的發展方嚮，但對於我目前需要完成的“係統集成”任務來說，顯得過於超前和理論化。書中缺乏對具體硬件連接、電氣安全規範、通信協議（如EtherNet/IP, Profinet）的深入講解，也沒有關於如何設計和實現機器人工作站的詳細步驟。感覺這本書更像是一篇關於人工智能在機器人領域應用的學術論文，而不是一本實用的技術指南。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書，我原以為它會像一本“字典”一樣，詳細介紹各種工業機器人的技術參數、機械臂的自由度、末端執行器的種類以及各種傳感器的性能指標。這樣我就可以在項目需求分析階段，快速找到符閤要求的機器人組件，並理解它們之間的兼容性。然而，書中並沒有提供任何此類具體的技術規格信息。它更多的是在宏觀層麵討論“機器人技術”的發展曆程，以及“係統集成”在工業自動化中的重要性。書中提到瞭“模塊化設計”和“標準化接口”的概念，但卻沒有深入分析具體的接口類型和通信協議，也沒有給齣實際的集成案例。例如，如何將一個非標的視覺傳感器與某個品牌的機器人控製器進行對接，如何進行坐標係標定，以及如何實現數據的高效傳輸。這些都是實際工程中非常關鍵的環節，但在這本書中卻幾乎沒有涉及，讓人感覺有點“空中樓閣”。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵上寫著“工業機器人係統集成與應用”，但我拿到手翻瞭幾頁，感覺它更像是一本關於機器人“靈魂”的探討。書中並沒有深入講解如何連接各種傳感器、執行器，以及如何進行PLC編程和上位機軟件的配置。相反，它花瞭很多篇幅去討論機器人在未來社會中的角色，它如何影響勞動力市場，以及人類與智能機器共存的可能性。我原本期待的是一本操作指南，能讓我快速上手，學會如何讓一條生産綫上的機器手臂協同工作，解決實際的生産難題。然而，書中更多的是哲學思辨和宏觀的社會分析，對於我這種更偏嚮於實踐操作的讀者來說，確實有些“麯高和寡”。它沒有提供任何具體的係統集成案例，也沒有詳細介紹不同品牌機器人控製器之間的兼容性問題，更不用說在實際工業環境中進行調試和故障排除的技巧瞭。讀完之後，我感覺自己對機器人技術的發展趨勢有瞭更深的理解，但對於如何將這些知識轉化為實際的生産力，卻感到一片茫然，仿佛知識的海洋就在眼前，卻找不到一條通往彼岸的船。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題讓我誤以為它會深入探討不同工業機器人品牌的優劣對比，以及在不同應用場景下如何選擇最閤適的機器人型號。我希望能夠找到關於ABB、KUKA、FANUC等主流品牌機器人在機械結構、控製係統、編程接口等方麵的詳細比較，以便在項目初期就能做齣明智的決策。然而，這本書的論述方嚮卻完全不同。它更多地是在介紹機器人的“通用性”和“靈活性”，強調如何通過軟件層麵的二次開發和集成，讓不同廠商的機器人能夠協同工作，甚至實現跨平颱的控製。這固然是一種先進的理念，但對於一個初學者或者一個隻想快速掌握某個品牌機器人應用技術的工程師來說，會感到無所適從。書中沒有給齣任何關於機器人運動學、動力學方程的詳細推導，也沒有提供實際的仿真軟件操作演示，更不用說如何進行多機器人協同作業的路徑規劃和衝突避免瞭。這些對於理解機器人“係統集成”的核心至關重要，但卻在這本書中蹤影難覓。