工業機器人技術基礎（微課版）

張茜，女，中共黨員，畢業於河北大學電信學院， 2015年9月進入河北工業職業技術大學任教。2019年當選為智能控制技術專業帶頭人、一層次骨乾教師。 主持和參與省級資源庫和精品課建設7門，主要參與編寫教材8本其中國家級“十四五規劃”教材2本。本人參與及指導學生參與省級、國家級大賽27項，均獲獎。主持和主要參與課題5項，以第一作者發表論文5篇，以第一發明人授權專利3項。

目 錄

模塊1　認識工業機器人　1

【學習導讀】　1

【學習目標】　1

【思維導圖】　2

1.1 工業機器人的發展歷史　2

【相關知識】　2

1.1.1 早期機器人的發展　2

1.1.2 近代機器人的發展　3

1.1.3 未來機器人的展望　7

【技能訓練】　8

1.1.4 機器人發展歷程總結　8

1.2 工業機器人的定義及發展分析　8

【相關知識】　8

1.2.1 工業機器人的定義　8

1.2.2 工業機器人行業發展分析　10

1.2.3 工業機器人發展的障礙　10

【技能訓練】　11

1.2.4 不同國家對工業機器人的 定義　11

1.2.5 認識工業機器人四大品牌　11

1.3 工業機器人的分類　11

【相關知識】　11

1.3.1 按工業機器人臂部的運動形式 分類　12

1.3.2 按工業機器人的驅動方式 分類　16

【技能訓練】　17

1.3.3 工業機器人分類分析　17

1.4 工業機器人的應用領域　18

【相關知識】　18

1.4.1 機器人搬運應用　18

1.4.2 機器人機械加工應用　18

1.4.3 機器人噴塗應用　19

1.4.4 機器人裝配應用　19

1.4.5 機器人焊接應用　20

【技能訓練】　20

1.4.6 不同應用領域機器人的結構 特點　20

【模塊小結】　21

【鞏固練習】　21

模塊2　工業機器人的結構　22

【學習導讀】　22

【學習目標】　22

【思維導圖】　23

2.1 工業機器人的基本組成　23

【相關知識】　23

2.1.1 執行機構　23

2.1.2 驅動系統　24

2.1.3 控制系統　25

2.1.4 傳感系統　26

【技能訓練】　27

2.1.5 認識工業機器人各組成部分　27

2.2 工業機器人的執行機構　27

【相關知識】　27

2.2.1 工業機器人的手部　27

2.2.2 工業機器人的腕部　37

2.2.3 工業機器人的臂部　39

2.2.4 工業機器人的腰部　41

【技能訓練】　42

2.2.5 總結工業機器人結構參數　42

【模塊小結】　43

【鞏固練習】　43

模塊3　工業機器人的運動學和動力學　44

【學習導讀】　44

【學習目標】　44

【思維導圖】　45

3.1 工業機器人運動學與動力學的數學基礎　45

【相關知識】　45

3.1.1 空間點的表示　45

3.1.2 空間向量的表示　45

3.1.3 空間坐標系的表示　46

【技能訓練】　46

3.1.4 空間坐標系的表示方法　46

3.2 工業機器人的運動學　47

【相關知識】　47

3.2.1 工業機器人位姿描述　47

3.2.2 齊次變換和運算　48

3.2.3 工業機器人的技術參數　51

3.2.4 工業機器人的正運動學方程　53

3.2.5 工業機器人的逆運動學方程　55

【技能訓練】　56

3.2.6 計算6自由度工業機器人的 齊次變換矩陣　56

3.3 工業機器人的動力學　56

【模塊小結】　57

【鞏固練習】　57

模塊4　工業機器人的傳感部分　58

【學習導讀】　58

【學習目標】　58

【思維導圖】　59

4.1 認識傳感器　59

【相關知識】　59

4.1.1 工業機器人的傳感器　59

4.1.2 工業機器人傳感器的分類　60

4.1.3 傳感器的特性分析　62

【技能訓練】　63

4.1.4 工業機器人傳感器的特性指標 分析　63

4.2 工業機器人的內部傳感器　64

【相關知識】　64

4.2.1 位置和位移傳感器　64

4.2.2 速度傳感器　68

4.2.3 力/扭矩傳感器　69

【技能訓練】　71

4.2.4 用光電編碼器檢測位移量　71

4.3 工業機器人的外部傳感器　71

【相關知識】　71

4.3.1 接近覺傳感器　71

4.3.2 接觸覺傳感器　74

4.3.3 壓覺傳感器　75

4.3.4 其他智能傳感器　76

【技能訓練】　77

4.3.5 區分工業機器人內、外部 傳感器　77

4.4 傳感器融合　77

【相關知識】　77

4.4.1 競爭性融合　77

4.4.2 互補性融合　78

【技能訓練】　78

4.4.3 傳感器融合技術在實際中的 應用　78

【模塊小結】　79

【鞏固練習】　79

模塊5　工業機器人的控制系統　80

【學習導讀】　80

【學習目標】　80

【思維導圖】　81

5.1 工業機器人的控制系統及控制方式　81

【相關知識】　81

5.1.1 控制系統結構　81

5.1.2 工業機器人控制系統的特點　83

5.1.3 工業機器人控制系統的基本 結構　84

5.1.4 工業機器人的運動控制　87

【技能訓練】　88

5.1.5 工業機器人位置控制選擇　88

5.2 ABB工業機器人控制櫃和I/O板卡　89

【相關知識】　89

5.2.1 認識IRC緊湊型控制櫃各 接口　89

5.2.2 認識DSQC652板卡　91

【技能訓練】　96

5.2.3 配置標準DSQC652 I/O板卡　96

【模塊小結】　99

【鞏固練習】　99

模塊6　工業機器人的手動操縱　101

【學習導讀】　101

【學習目標】　101

【思維導圖】　102

6.1 用示教器手動操縱工業機器人　102

【相關知識】　102

6.1.1 工業機器人安全操作規程　102

6.1.2 機器人示教器的使用　103

【技能訓練】　105

6.1.3 設置機器人示教器的 初始值　105

6.2 工業機器人的坐標系和運動方式　108

【相關知識】　108

6.2.1 工業機器人的坐標系　108

6.2.2 工業機器人的運動方式　110

【技能訓練】　115

6.2.3 標定工業機器人的工具 坐標系　115

6.2.4 標定工業機器人的工件 坐標系　120

【模塊小結】　120

【鞏固練習】　120

模塊7　工業機器人編程技術　122

【學習導讀】　122

【學習目標】　122

【思維導圖】　123

7.1 工業機器人的編程方式　123

【相關知識】　123

7.1.1 工業機器人的在線編程　123

7.1.2 工業機器人的離線編程　124

7.2 典型任務：單個工件搬運的運動規劃　127

【相關知識】　127

7.2.1 基本運動指令中的各指令　127

【技能訓練】　130

7.2.2 單個工件搬運任務的運動 規劃　130

7.3 典型任務：單個工件搬運編程　131

【相關知識】　131

7.3.1 程序數據類型　131

7.3.2 數據存儲類型　133

【技能訓練】　134

7.3.3 編寫單個工件搬運任務 程序　134

7.3.4 調試和運行程序　146

【模塊小結】　147

【鞏固練習】　147

模塊8　工業機器人的應用　149

【學習導讀】　149

【學習目標】　150

【思維導圖】　151

8.1 碼垛機器人的應用　151

【相關知識】　151

8.1.1 碼垛機器人的分類及特點　152

8.1.2 碼垛機器人的系統組成　153

【技能訓練】　155

8.1.3 編寫典型碼垛任務程序　155

8.2 搬運機器人的應用　161

【相關知識】　161

8.2.1 搬運機器人的分類及特點　161

8.2.2 搬運機器人的系統組成　163

【技能訓練】　165

8.2.3 編寫典型搬運任務程序　165

8.3 焊接機器人的應用　169

【相關知識】　169

8.3.1 焊接機器人的分類及特點　170

8.3.2 焊接機器人的系統組成　172

【技能訓練】　177

8.3.3 創建典型弧焊任務　177

【模塊小結】　179

【鞏固練習】　179