本書主要介紹了各種類型工業機器人本體和工業機器人的應用系統。本書引用了大量的工程實例，這些實例都是在實際中得到了成功運用的，通過這些實例來介紹各種工業機器人在不同的應用場合所需要的技術。這些技術涉及到工業機器人本體的設計制造技術、制造本體的材料、控制技術、感知元件、視覺技術、機器人手爪及末端執行機構、周邊設備、規整機構、輸送機構等。
國務院于2015 年5 月正式印發《中國制造2025》, “智能工廠” “智能生產” “智能物流” 將助中國由制造大國向制造強國邁進。工業機器人將大規模進入工業生產, 助力中國裝備制造、汽車制造、電子產品制造、食品生產、產品物流等行業進入智能生產, 最終實現大規模無人生產。
為了適應新時期的要求, 各工科類高校紛紛設立機器人工程專業, 為社會培養具有工業機器人工程應用知識的新一代專業人才。
當前有很多有關工業機器人的教科書出版, 但縱覽群書后發現, 尚缺少能全面概述各種類型的工業機器人及各種工業機器人工程應用的教科書, 缺少能全面系統地以實際案例為背景介紹工業機器人應用的教科書和參考書。為此, 我們組織了教學一線的教師和企業一線工程技術人員編寫了本書, 以滿足廣大師生和工程技術人員的需求。
本書主要介紹了各種類型的工業機器人, 以及當前社會生產中得到廣泛應用、成功應用或具有應用前景的工業機器人應用系統。學完本書后, 學生應對工程機器人及工業機器人應用系統有一個全面的了解, 為今后的專業學習打下基礎, 或能明確進行深入學習及自修的方向。
本書共分8 個項目, 項目1 介紹了工業機器人的發展史、工業機器人的分類; 項目2 介紹了工業機器人本體及組成工業機器人的關鍵部件; 項目3 介紹了機器人控制系統; 項目4 介紹了工業機器人感知系統, 以及各種感知元件和激光一維掃描、激光二維掃描、激光三維掃描的檢測與導航技術; 項目5 介紹了工業機器人手爪, 主要是碼垛手爪和裝箱手爪; 項目6介紹了天軌、地軌裝置以及AGV 輸送小車; 項目7 介紹了工業機器人周邊輔助設備; 項目8介紹了各種工業機器人應用系統, 這是本書的重點部分。
本書的編者為廣東白云學院的教師。
主編任岳華曾在工業機器人智能工程企業擔任技術主管, 主持并參與了大量的機器人應用工程的設計與實施, 為本書提供了主要素材, 并負責項目8 的編寫。本書大量引用的案例和圖樣均來源于實際工程的取材, 這也是本書的一大特色。
主編曹玉華為工學博士、教授, 是本書的編寫導師, 為本書的架構及專業審核做了大量的工作, 并參與了本書項目5、項目6 部分內容的編寫。
編者李林老師負責項目1、項目5 的編寫; 馮國苓教授負責項目7 的編寫; 鐘小華老師負責項目3、項目4 的編寫; 肖成軍老師負責項目2、項目6 的編寫。
本書中引用的實際案例的技術資料及圖樣等大都為編者所設計; 書中引用了發那科機器人、庫卡機器人公開的技術資料和圖片; 在介紹機器視覺技術時引用了韓九強教授主編的《機器視覺技術及應用》的有關內容。
由于本書應用了大量案例, 具有工程設計與實施的參考價值, 所以本書不僅可作為大學本科機器人工程專業的基礎教材, 也可作為專業人員的參考書使用。
由于編者的水平有限, 書中難免存在不妥和錯誤之處, 敬請批評指正, 不勝感謝。
前言
項目1 工業機器人的發展史及分類……… 1
1. 1 概述………………………………………… 1
1. 2 工業機器人的發展歷程以及在我國的
發展現狀…………………………………… 1
1. 2. 1 工業機器人的發展歷程……………… 1
1. 2. 2 國外工業機器人的發展……………… 2
1. 2. 3 國產工業機器人的發展……………… 2
1. 3 工業機器人的分類及其特點……………… 5
1. 3. 1 機器人的坐標系描述及運動命名
原則…………………………………… 6
1. 3. 2 直線機器人…………………………… 8
1. 3. 3 圓柱坐標系機器人…………………… 8
1. 3. 4 關節坐標系機器人…………………… 8
1. 3. 5 并聯機構機器人(蜘蛛機器人) … 9
1. 4 工業機器人應用場合…………………… 10
習題……………………………………………… 10
項目2 工業機器人本體的關鍵部件與
構成…………………………………… 11
2. 1 概述……………………………………… 11
2. 2 工業機器人的關鍵部件………………… 11
2. 2. 1 伺服電動機………………………… 11
2. 2. 2 諧波減速器………………………… 15
2. 2. 3 擺線針輪減速器…………………… 18
2. 2. 4 行星減速器………………………… 20
2. 2. 5 線性滑軌…………………………… 22
2. 2. 6 直線運動單元……………………… 24
2. 2. 7 滾珠絲杠…………………………… 24
2. 2. 8 同步帶……………………………… 26
2. 2. 9 回轉支承…………………………… 28
2. 2. 10 高精密軸承………………………… 29
2. 2. 11 直線電動機………………………… 30
2. 3 工業機器人本體制造使用的材料……… 31
2. 3. 1 鑄鐵………………………………… 31
2. 3. 2 鑄鋼………………………………… 31
2. 3. 3 鑄造不銹鋼………………………… 31
2. 3. 4 鋁合金型材………………………… 31
2. 3. 5 鑄造鋁合金………………………… 32
2. 3. 6 鑄造工藝…………………………… 32
2. 4 工業機器人本體結構…………………… 33
2. 4. 1 直線機器人本體結構……………… 33
2. 4. 2 平行機構搬運機器人本體結構…… 36
2. 4. 3 關節機器人本體結構……………… 37
2. 4. 4 發那科機器人本體結構…………… 39
習題……………………………………………… 42
項目3 機器人控制系統…………………… 44
3. 1 概述……………………………………… 44
3. 2 機器人的控制及編程軟件……………… 44
3. 2. 1 采用PLC+人機界面的軟件編程及
控制………………………………… 44
3. 2. 2 采用PLC+嵌入式觸摸屏和組態
軟件編程…………………………… 48
3. 2. 3 采用工業PC+PLC 的編程與控制… 49
3. 3 成套機器人控制系統…………………… 51
3. 3. 1 KEBA 機器人控制系統…………… 51
3. 3. 2 卡諾普機器人控制系統…………… 52
3. 4 發那科機器人控制系統………………… 56
3. 4. 1 發那科機器人系統組成…………… 56
3. 4. 2 發那科機器人控制系統———控制器
與通信……………………………… 56
3. 4. 3 發那科機器人控制系統———應用
軟件工具包………………………… 62
習題……………………………………………… 63
項目4 工業機器人感知系統……………… 64
4. 1 概述……………………………………… 64
4. 2 力覺傳感器……………………………… 65
4. 3 角度傳感器……………………………… 65
4. 4 位移傳感器……………………………… 67
4. 5 距離傳感器……………………………… 68
4. 5. 1 激光檢測…………………………… 68
4. 5. 2 超聲波距離傳感器………………… 71
4. 6 接近傳感器……………………………… 72
4. 6. 1 接近開關…………………………… 72
4. 6. 2 霍爾開關…………………………… 73
Ⅴ
4. 7 位置傳感器……………………………… 73
4. 7. 1 光敏開關…………………………… 73
4. 7. 2 光纖放大器………………………… 74
4. 7. 3 光幕………………………………… 75
4. 7. 4 干簧管……………………………… 76
4. 7. 5 行程開關…………………………… 76
4. 8 運動傳感器……………………………… 76
4. 9 工業機器人二維視覺檢測系統………… 77
4. 9. 1 工業機器人二維視覺系統組成…… 78
4. 9. 2 工業機器人二維視覺系統硬件
介紹………………………………… 78
4. 9. 3 工業機器人二維視覺檢測實例…… 82
4. 10 工業機器人三維視覺檢測系統………… 84
4. 10. 1 三維激光視覺檢測系統
(發那科) ………………………… 84
4. 10. 2 機器視覺-結構光測量的三角測量
原理………………………………… 85
4. 10. 3 三維激光視覺掃描儀的配置……… 87
4. 10. 4 iRVision 系統設置………………… 87
4. 10. 5 圖像軟件UIF 的使用……………… 88
4. 10. 6 應用舉例…………………………… 89
習題……………………………………………… 90
項目5 工業機器人手爪…………………… 91
5. 1 概述……………………………………… 91
5. 2 碼垛手爪………………………………… 91
5. 2. 1 紙箱手爪…………………………… 91
5. 2. 2 膜包手爪…………………………… 92
5. 2. 3 袋裝手爪…………………………… 94
5. 3 裝箱手爪………………………………… 96
5. 3. 1 小型夾持手爪……………………… 96
5. 3. 2 利樂包的裝箱手爪………………… 97
5. 4 真空吸取手爪…………………………… 97
5. 4. 1 真空吸盤及其手爪結構特點……… 97
5. 4. 2 真空吸盤的結構與種類…………… 98
5. 4. 3 真空源的選用……………………… 98
5. 5 電磁吸取手爪…………………………… 101
5. 6 氣缸手爪………………………………… 101
5. 7 手爪快換接頭…………………………… 102
習題…………………………………………… 104
項目6 機器人本體移動裝置及AGV
輸送小車…………………………… 105
6. 1 概述……………………………………… 105
6. 2 機器人本體天軌移動裝置……………… 105
6. 3 機器人本體地軌移動裝置……………… 106
6. 4 AGV 小車……………………………… 106
6. 4. 1 輸送小車的分類、定位、供電和
通信………………………………… 106
6. 4. 2 用于機器人本體移動的小車……… 107
6. 4. 3 輸送小車的供電方式……………… 107
6. 4. 4 輸送小車的導航…………………… 111
6. 4. 5 輸送小車的結構…………………… 112
6. 4. 6 其他AGV 輸送小車圖例………… 114
習題…………………………………………… 114
項目7 機器人周邊輔助設備…………… 115
7. 1 概述……………………………………… 115
7. 2 規整定位機構…………………………… 115
7. 2. 1 碼垛規整機構……………………… 115
7. 2. 2 裝箱規整機構……………………… 119
7. 3 旋轉平臺………………………………… 120
7. 3. 1 機器人噴涂移動及旋轉臺………… 120
7. 3. 2 機器人焊接轉臺…………………… 121
7. 4 輸送機…………………………………… 124
7. 4. 1 皮帶輸送機………………………… 124
7. 4. 2 輥筒輸送機………………………… 126
7. 4. 3 鏈板輸送機………………………… 133
7. 4. 4 鏈條輸送機………………………… 137
7. 4. 5 物料的變道輸送機………………… 140
7. 4. 6 懸掛鏈輸送機……………………… 142
7. 4. 7 倍速鏈輸送機……………………… 144
習題…………………………………………… 148
項目8 工業機器人應用系統…………… 149
8. 1 概述……………………………………… 149
8. 2 機器人焊接系統………………………… 149
8. 2. 1 機器人MIG/ MAG 焊接系統……… 150
8. 2. 2 機器人TIG 焊接系統……………… 151
8. 2. 3 機器人點焊焊接系統……………… 154
8. 2. 4 機器人激光焊接系統……………… 156
8. 3 機器人切割系統………………………… 160
8. 3. 1 機器人激光切割系統……………… 160
8. 3. 2 機器人等離子切割系統…………… 162
8. 4 機器人噴涂系統………………………… 163
8. 4. 1 機器人噴涂系統組成及優點……… 163
8. 4. 2 噴涂機器人本體…………………… 164
8. 4. 3 噴具………………………………… 165
8. 4. 4 機器人噴涂定量配比控制………… 167
8. 5 機器人搬運系統………………………… 168
8. 5. 1 各種包裝形式的碼垛……………… 169
8. 5. 2 碼垛機器人………………………… 170
8. 5. 3 實例介紹: 某大型奶企的紙箱
碼垛生產線………………………… 171
8. 6 機器人裝箱系統………………………… 173
8. 6. 1 各種產品的機器人裝箱…………… 173
8. 6. 2 適合于裝箱作業的機器人………… 174
8. 6. 3 實例介紹: 某大型奶企的利樂
Ⅵ
包的裝箱生產線…………………… 174
8. 7 電路板插件機器人(自動插件機) … 176
8. 7. 1 插件機器人的使用………………… 176
8. 7. 2 插件機器人的組成………………… 177
8. 8 機器人沖床進料與出料裝置…………… 177
8. 8. 1 沖床機器人應用舉例……………… 177
8. 8. 2 適用于沖(折) 床的機器人……… 178
8. 8. 3 實例介紹: 沖壓進給料機器人系統和
沖床機器人系統…………………… 179
8. 9 數控機床機器人進料與出料裝置………
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