工业机器人工程导论

前言
项目1　工业机器人的发展史及分类……… 1
1. 1　概述………………………………………… 1
1. 2　工业机器人的发展历程以及在我国的
发展现状…………………………………… 1
1. 2. 1　工业机器人的发展历程……………… 1
1. 2. 2　国外工业机器人的发展……………… 2
1. 2. 3　国产工业机器人的发展……………… 2
1. 3　工业机器人的分类及其特点……………… 5
1. 3. 1　机器人的坐标系描述及运动命名
原则…………………………………… 6
1. 3. 2　直线机器人…………………………… 8
1. 3. 3　圆柱坐标系机器人…………………… 8
1. 3. 4　关节坐标系机器人…………………… 8
1. 3. 5　并联机构机器人(蜘蛛机器人) … 9
1. 4　工业机器人应用场合…………………… 10
习题……………………………………………… 10
项目2　工业机器人本体的关键部件与
构成…………………………………… 11
2. 1　概述……………………………………… 11
2. 2　工业机器人的关键部件………………… 11
2. 2. 1　伺服电动机………………………… 11
2. 2. 2　谐波减速器………………………… 15
2. 2. 3　摆线针轮减速器…………………… 18
2. 2. 4　行星减速器………………………… 20
2. 2. 5　线性滑轨…………………………… 22
2. 2. 6　直线运动单元……………………… 24
2. 2. 7　滚珠丝杠…………………………… 24
2. 2. 8　同步带……………………………… 26
2. 2. 9　回转支承…………………………… 28
2. 2. 10　高精密轴承………………………… 29
2. 2. 11　直线电动机………………………… 30
2. 3　工业机器人本体制造使用的材料……… 31
2. 3. 1　铸铁………………………………… 31
2. 3. 2　铸钢………………………………… 31
2. 3. 3　铸造不锈钢………………………… 31
2. 3. 4　铝合金型材………………………… 31
2. 3. 5　铸造铝合金………………………… 32
2. 3. 6　铸造工艺…………………………… 32
2. 4　工业机器人本体结构…………………… 33
2. 4. 1　直线机器人本体结构……………… 33
2. 4. 2　平行机构搬运机器人本体结构…… 36
2. 4. 3　关节机器人本体结构……………… 37
2. 4. 4　发那科机器人本体结构…………… 39
习题……………………………………………… 42
项目3　机器人控制系统…………………… 44
3. 1　概述……………………………………… 44
3. 2　机器人的控制及编程软件……………… 44
3. 2. 1　采用PLC+人机界面的软件编程及
控制………………………………… 44
3. 2. 2　采用PLC+嵌入式触摸屏和组态
软件编程…………………………… 48
3. 2. 3　采用工业PC+PLC 的编程与控制… 49
3. 3　成套机器人控制系统…………………… 51
3. 3. 1　KEBA 机器人控制系统…………… 51
3. 3. 2　卡诺普机器人控制系统…………… 52
3. 4　发那科机器人控制系统………………… 56
3. 4. 1　发那科机器人系统组成…………… 56
3. 4. 2　发那科机器人控制系统———控制器
与通信……………………………… 56
3. 4. 3　发那科机器人控制系统———应用
软件工具包………………………… 62
习题……………………………………………… 63
项目4　工业机器人感知系统……………… 64
4. 1　概述……………………………………… 64
4. 2　力觉传感器……………………………… 65
4. 3　角度传感器……………………………… 65
4. 4　位移传感器……………………………… 67
4. 5　距离传感器……………………………… 68
4. 5. 1　激光检测…………………………… 68
4. 5. 2　超声波距离传感器………………… 71
4. 6　接近传感器……………………………… 72
4. 6. 1　接近开关…………………………… 72
4. 6. 2　霍尔开关…………………………… 73
Ⅴ
4. 7　位置传感器……………………………… 73
4. 7. 1　光敏开关…………………………… 73
4. 7. 2　光纤放大器………………………… 74
4. 7. 3　光幕………………………………… 75
4. 7. 4　干簧管……………………………… 76
4. 7. 5　行程开关…………………………… 76
4. 8　运动传感器……………………………… 76
4. 9　工业机器人二维视觉检测系统………… 77
4. 9. 1　工业机器人二维视觉系统组成…… 78
4. 9. 2　工业机器人二维视觉系统硬件
介绍………………………………… 78
4. 9. 3　工业机器人二维视觉检测实例…… 82
4. 10　工业机器人三维视觉检测系统………… 84
4. 10. 1　三维激光视觉检测系统
(发那科) ………………………… 84
4. 10. 2　机器视觉-结构光测量的三角测量
原理………………………………… 85
4. 10. 3　三维激光视觉扫描仪的配置……… 87
4. 10. 4　iRVision 系统设置………………… 87
4. 10. 5　图像软件UIF 的使用……………… 88
4. 10. 6　应用举例…………………………… 89
习题……………………………………………… 90
项目5　工业机器人手爪…………………… 91
5. 1　概述……………………………………… 91
5. 2　码垛手爪………………………………… 91
5. 2. 1　纸箱手爪…………………………… 91
5. 2. 2　膜包手爪…………………………… 92
5. 2. 3　袋装手爪…………………………… 94
5. 3　装箱手爪………………………………… 96
5. 3. 1　小型夹持手爪……………………… 96
5. 3. 2　利乐包的装箱手爪………………… 97
5. 4　真空吸取手爪…………………………… 97
5. 4. 1　真空吸盘及其手爪结构特点……… 97
5. 4. 2　真空吸盘的结构与种类…………… 98
5. 4. 3　真空源的选用……………………… 98
5. 5　电磁吸取手爪…………………………… 101
5. 6　气缸手爪………………………………… 101
5. 7　手爪快换接头…………………………… 102
习题…………………………………………… 104
项目6　机器人本体移动装置及AGV
输送小车…………………………… 105
6. 1　概述……………………………………… 105
6. 2　机器人本体天轨移动装置……………… 105
6. 3　机器人本体地轨移动装置……………… 106
6. 4　AGV 小车……………………………… 106
6. 4. 1　输送小车的分类、定位、供电和
通信………………………………… 106
6. 4. 2　用于机器人本体移动的小车……… 107
6. 4. 3　输送小车的供电方式……………… 107
6. 4. 4　输送小车的导航…………………… 111
6. 4. 5　输送小车的结构…………………… 112
6. 4. 6　其他AGV 输送小车图例………… 114
习题…………………………………………… 114
项目7　机器人周边辅助设备…………… 115
7. 1　概述……………………………………… 115
7. 2　规整定位机构…………………………… 115
7. 2. 1　码垛规整机构……………………… 115
7. 2. 2　装箱规整机构……………………… 119
7. 3　旋转平台………………………………… 120
7. 3. 1　机器人喷涂移动及旋转台………… 120
7. 3. 2　机器人焊接转台…………………… 121
7. 4　输送机…………………………………… 124
7. 4. 1　皮带输送机………………………… 124
7. 4. 2　辊筒输送机………………………… 126
7. 4. 3　链板输送机………………………… 133
7. 4. 4　链条输送机………………………… 137
7. 4. 5　物料的变道输送机………………… 140
7. 4. 6　悬挂链输送机……………………… 142
7. 4. 7　倍速链输送机……………………… 144
习题…………………………………………… 148
项目8　工业机器人应用系统…………… 149
8. 1　概述……………………………………… 149
8. 2　机器人焊接系统………………………… 149
8. 2. 1　机器人MIG/ MAG 焊接系统……… 150
8. 2. 2　机器人TIG 焊接系统……………… 151
8. 2. 3　机器人点焊焊接系统……………… 154
8. 2. 4　机器人激光焊接系统……………… 156
8. 3　机器人切割系统………………………… 160
8. 3. 1　机器人激光切割系统……………… 160
8. 3. 2　机器人等离子切割系统…………… 162
8. 4　机器人喷涂系统………………………… 163
8. 4. 1　机器人喷涂系统组成及优点……… 163
8. 4. 2　喷涂机器人本体…………………… 164
8. 4. 3　喷具………………………………… 165
8. 4. 4　机器人喷涂定量配比控制………… 167
8. 5　机器人搬运系统………………………… 168
8. 5. 1　各种包装形式的码垛……………… 169
8. 5. 2　码垛机器人………………………… 170
8. 5. 3　实例介绍: 某大型奶企的纸箱
码垛生产线………………………… 171
8. 6　机器人装箱系统………………………… 173
8. 6. 1　各种产品的机器人装箱…………… 173
8. 6. 2　适合于装箱作业的机器人………… 174
8. 6. 3　实例介绍: 某大型奶企的利乐
Ⅵ
包的装箱生产线…………………… 174
8. 7　电路板插件机器人(自动插件机) … 176
8. 7. 1　插件机器人的使用………………… 176
8. 7. 2　插件机器人的组成………………… 177
8. 8　机器人冲床进料与出料装置…………… 177
8. 8. 1　冲床机器人应用举例……………… 177
8. 8. 2　适用于冲(折) 床的机器人……… 178
8. 8. 3　实例介绍: 冲压进给料机器人系统和
冲床机器人系统…………………… 179
8. 9　数控机床机器人进料与出料装置………