工业机器人技术(郭洪红)第4章
《工业机器人技术基础及其应用》教案大纲
2.1工业机器人机械结构系统
介绍工业机器人的各个机械组成部件的结构和作用
2.2工业机器人的驱动系统
介绍工业机器人的不同驱动方式
2.3工业机器人的常用工具
介绍工业机器人的常用工具
对本章内容进行总结
本章重点：让学生熟悉工业机器人的机械系统及其不同的驱动方式。在教师的指导下让学生实际接触机器人并进行简单的操作以获得实感。
4.1工业机器人控制系统概述
4.2工业机器人控制系统的结构
让学生了解工业机器人控制系统的主要结构
4.3工业机器人控制的示教再现
4.4工业机器人的运动控制
利用示教器，教师指导学生直接对工业机器人进行简单的动作控制
本章重点：让学生直接接触和简单控制工业机器人。希望教师运用自己的经验与专业能力，给学生展现工业机器人的功能。让学生既不感到迷糊或者认为太难而退缩，又觉得机器人的控制确实需要大量的知识储备来做支持，以此进一步激发学生继续学习的干劲和潜力。
学时
建议全部150学时（1学时相当于一节课，即40～50分钟），包括讲课、实验和上机在内。也可以根据实际情况，将该教材分为两门课程，分别为《工业机器人技术基础》（60学时，教材第1-5章）和《工业机器人虚拟仿真及典型应用》（90学时，教材第6-10章）。
开课学期
第2学年第1学期
适用专业
本科院校的各个专业均可(该教材为通识类课程教材)
第7章工业机器人应用1——搬运（讲课人
7.2典型的搬运机器人
了解搬运机器人的分类、功能、结构
7.3搬运机器人的操作
创建搬运工作站
机器人搬运生产线及辅助设备
本章重点：第7.3节是本章重点，需要牢固掌握。让学生以小组为单位进行仿真编程并确认结果。
《工业机器人技术》课程教学大纲
《工业机器人技术》课程教学大纲课程名称：工业机器人技术英文名称：Industry Robot Technology课程编码：学时/学分：18/1课程性质：选修适用专业：机械设计制造及其自动化先修课程：理论力学，机械原理，机械设计，液压传动，自动控制理论一、课程的目的与任务《工业机器人技术》是一门培养学生具有机器人设计和使用方面基础知识的专业选修课，本课程主要研究机器人的结构设计与基本理论。
通过本课程的学习，可使学生掌握工业机器人基本概念、机器人运动学理论、工业机器人机械系统设计、工业机器人控制等方面的知识。
其主要任务是培养学生：1、掌握工业机器人运动系统设计方法，具有进行总体设计的能力；2、掌握工业机器人整体性能、主要部件性能的分析方法；3、掌握工业机器人常用的控制理论与方法，具有进行工业机器人控制系统设计的能力；4、了解工业机器人的新理论，新方法及发展趋向。
二、教学内容及基本要求第一章绪论教学目的和要求：了解工业机器人的发展及现状，结构原理及应用情况。
教学重点和难点：介绍工业机器人的产生和发展过程，掌握机器人的概念、特点、工业机器人的基本分类、工业机器人的应用、工业机器人的组成以及主要性能参数，工业机器人的手部、腕部、臂部、机座的结构原理和实例。
教学方法与手段：课堂教学第一节机器人的分类第二节工业机器人的应用和发展1.2.1 工业机器人的应用1.2.2 工业机器人的发展第三节工业机器人的基本组成及技术参数1.3.1 工业机器人的基本组成1.3.2 工业机器人的技术参数1.3.3 工业机器人的坐标1.3.4 工业机器人的参考坐标系习题第二章工业机器人机构教学目的和要求：本部分介绍常用机器人机构，要求学生掌握常用机器人机构设计形式。
教学重点和难点：主要介绍机器人末端操作器、手腕、手臂及机器人驱动与传动形式。
教学方法与手段：课堂教学第一节机器人末端操作器2.1.1 夹钳式取料手2.1.2 吸附式取料手2.1.3 专用操作器及转换器2.1.4 仿生多指灵巧手2.1.5 其它手第二节机器人手腕2.2.1 手腕的分类2.2.2 手腕的典型结构2.2.3 柔顺手腕结构第三节机器人手臂第四节机器人机座2.4.1 固定式机器人2.4.2 移动式机器人第五节工业机器人的驱动与传动2.5.1 直线驱动机构2.5.2 旋转驱动机构2.5.3 直线驱动和旋转驱动的选用和制动2.5.4 工业机器人的传动2.5.5 新型的驱动方式2.5.6 驱动传动方式的应用习题第三章机器人运动学教学目的和要求：机器人运动学主要研究两个问题：一个是运动学问题，即给定机器人手臂、腕部等各个构件的几何参数及各个关节变量求机器人手部对参考坐标系的位置和姿态；介绍机器人的微移动和微转动概念、两坐标系间的微分运动关系、变换式（方程）中的微分关系、机器人雅可比矩阵的概念、求法——微分变换法；了解逆雅可比矩阵的概念和求解。
工业机器人技术及应用第4章学习教案
4.3 工业机器人的离线编程技术
离线编程及其特点
离线编程系统的软件架构
离线编程的基本步骤
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所
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置 ——— —
【
课 前 回
顾 】
课前回顾 (huígù)
✓ 如何(rúhé)选择机器人坐标系和运动 轴？ ✓机器人点动与连续移动有何区别(qūbié)，分别适合在哪些场合运用？
—
依据实际情况自主研究算法。此外，最好还能主导大型机电一体化设备的研发，具备
【 导 入
案
例 】
一定的管理能力。而其余调试， 操作员工的要求相应递减。跟 据职能划分，大概可分为四个
工种： 1. 工程师助手，主要责
任是协助工程师绘制机械图样、
电气图样、简单工装夹具设计、
制作工艺卡片、指导工人按照
装配图进行组装； 2. 机器人生
4.2 工业机器人的简单(jiǎndān)示教
与再现 (1) 示教前的准备(zhǔnbèi)
开始(kāishǐ)
所
处
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置
————
1 ） 工件表面清理。 2 ） 工件装夹。
示教前的准备
新建作业程序
【
课
堂 认
知 】
3 ） 安全确认。 4 ） 机器人原点确认。
(2) 新建作业程序
运动轨迹示教
设定作业条件 和作业顺序
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4.2 工业(gōngyè)机器人的简单示教与
再现 (3) 程序(chéngxù)点的登录
所 处
位
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程序点
工业机器人技术(郭洪红)第4章
第4章 工业机器人的环境感觉技术 图 4.6 日立自主控制机器人工作示意图
第4章 工业机器人的环境感觉技术
从功能上看,这种机器人具有图形识别功能和决策规划功 能, 前者可以识别一定的目标(如宏指令)、装配图纸、多面体 等; 后者可以确定操作序列, 包括装配顺序、手部轨迹、抓取 位置等。这样,只要对机器人发出类似于人的表达形式的宏指 令, 机器人则会自动考虑执行这些指令的具体工作细节。该机 器人已成功地进行了印刷板检查和晶体管、电动机等装配工作。
第4章 工业机器人的环境感觉技术 图 4.5 具有视觉系统的机器人进行非接触式测量
第4章 工业机器人的环境感觉技术
4. 利用视觉的自主机器人系统
日本日立中央研究所研制的具有自主控制功能的智能机器 人, 可以用来完成按图装配产品的作业,图4.6所示为其工作示 意图。它的两个视觉传感器作为机器人的眼睛,一个用于观察 装配图纸，并通过计算机来理解图中零件的立体形状及装配关 系; 另一个用于从实际工作环境中识别出装配所需的零件,并 对其形状、位置、姿态等进行识别。此外,多关节机器人还带 有触觉。 利用这些传感器信息,可以确定装配顺序和装配方法, 逐步将零件装成与图纸相符的产品。
第4章 工业机器人的环境感觉技术
图4.9所示为二维矩阵接触觉传感器的配置方法, 一般放 在机器人手掌的内侧。图中柔软导体可以使用导电橡胶、浸含 导电涂料的氨基甲酸乙酯泡沫或炭素纤维等材料。阵列式接触 觉传感器可用于测定自身与物体的接触位置、被握物体中心位 置和倾斜度, 甚至还可以识别物体的大小和形状。
第4章 工业机器人的环境感觉技术
4.2.3 图4.15所示为阵列式压觉传感器。图(a)由条状的导电橡胶
排成网状, 每个棒上附上一层导体引出,送给扫描电路; 图(b)则 由单向导电橡胶和印制电路板组成, 电路板上附有条状金属箔, 两块板上的金属条方向互相垂直; 图(c)为与阵列式传感器相配 的阵列式扫描电路。
《工业机器人技术》电子教案
XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时 4XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时8XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时12XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时16XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时20XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时24XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时28XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时32XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时36XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时40XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时44XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时48XXXXXXXXXX 学院教 师 课 时 授 课 计 划教师姓名 XXX课程名称 工业机器人技术 授课时数 4 累计课时 52XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时56THANKS !!!致力为企业和个人提供合同协议，策划案计划书，学习课件等等打造全网一站式需求欢迎您的下载，资料仅供参考。
工业机器人技术(第三版)课后答案 郭洪红主编
第一章课后习题１、工业机器人定义：是机器人的一种，由操作机、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间内完成各种作业的机电一体化的自动化生产设备。
２、工业机器人应用场合及其特点：①恶劣工作环境及危险工作（有害健康并可能危及生命，或不安全因素大不宜于人去从事的作业）②特殊作业场合和极限作业（对人类力所不及的作业）③自动化生产领域（早期工业机器人再生产主要用于上下料、点焊和喷漆，随柔性自动化出现扮演更重要角色）３、说明工业机器人的基本组成及各部分之间的关系。
答：工业机器人由三大部分六个子系统组成。
三大部分是机械部分、传感部分和控制部分。
六个子系统是驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人—环境交互系统、人机交互系统和控制系统。
关系由右图表明：４、简述工业机器人各参数的定义：自由度、重复定位精度、工 作范围、工作速度、承载能力。
答：自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，不应包括手爪（末端操作器）的开合自由度。
重复定位精度是指机器人重复定位其手部于同一目标位置的能力，可以用标准偏差这个统计量来表示，它是衡量一列误差值的密集度（即重复度）。
工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫工作区域。
工作速度一般指工作时的最大稳定速度。
承载能力是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。
承载能力不仅指负载，而且还包括了机器人末端操作器的质量。
５、按坐标形式分类及特点：①直角坐标型（这种机器人在x、y、z轴上的运动是独立的, 运动方程可独立处理, 且方程是线性的, 因此, 很容易通过计算机控制实现; 它可以两端支撑, 对于给定的结构长度, 刚性最大; 它的精度和位置分辨率不随工作场合而变化, 容易达到高精度。
但它的操作范围小,手臂收缩的同时又向相反的方向伸出, 即妨碍工作, 且占地面积大, 运动速度低, 密封性不好。
工作范围是立方体型）②圆柱坐标型（这种机器人可以绕中心轴旋转一个角,工作范围可以扩大,且计算简单; 直线部分可采用液压驱动,可输出较大的动力; 能够伸入型腔式机器内部。
机械行业工业机器人技术与应用方案
机械行业工业技术与应用方案第一章概述 (2)1.1 工业技术发展历程 (2)1.2 工业应用现状及趋势 (3)第二章工业技术原理 (3)2.1 运动学原理 (4)2.2 动力学原理 (4)2.3 传感器与控制系统 (4)第三章工业硬件系统 (5)3.1 本体结构 (5)3.1.1 基座 (5)3.1.2 铰链 (5)3.1.3 关节 (6)3.1.4 机身 (6)3.2 驱动系统 (6)3.2.1 电动机 (6)3.2.2 伺服系统 (6)3.2.3 传动系统 (6)3.3 末端执行器 (6)3.3.1 夹爪 (6)3.3.2 电磁铁 (7)3.3.3 针筒 (7)3.3.4 刀具 (7)第四章工业软件系统 (7)4.1 控制系统软件 (7)4.2 编程语言 (7)4.3 视觉系统 (8)第五章工业感知与导航技术 (8)5.1 传感器技术 (8)5.2 导航技术 (9)5.3 感知与导航集成 (9)第六章工业应用领域 (9)6.1 制造业应用 (9)6.1.1 汽车制造业 (9)6.1.2 电子制造业 (10)6.1.3 食品制造业 (10)6.2 物流与仓储应用 (10)6.2.1 仓库搬运 (10)6.2.2 分拣与拣选 (10)6.2.3 货物配送 (10)6.3 医疗与康复应用 (10)6.3.1 手术辅助 (10)6.3.2 康复治疗 (10)6.3.3 诊断与检测 (10)第七章工业系统集成 (11)7.1 系统集成原理 (11)7.2 系统集成设计 (11)7.3 系统集成调试与优化 (12)第八章工业安全与可靠性 (12)8.1 安全规范与标准 (12)8.2 安全设计 (13)8.3 故障诊断与维护 (13)第九章工业行业解决方案 (14)9.1 汽车行业解决方案 (14)9.1.1 概述 (14)9.1.2 焊接解决方案 (14)9.1.3 涂装解决方案 (14)9.1.4 装配解决方案 (14)9.1.5 检测解决方案 (14)9.2 电子行业解决方案 (15)9.2.1 概述 (15)9.2.2 SMT贴片解决方案 (15)9.2.3 组装解决方案 (15)9.2.4 测试解决方案 (15)9.3 食品与药品行业解决方案 (15)9.3.1 概述 (15)9.3.2 包装解决方案 (15)9.3.3 检测解决方案 (16)9.3.4 生产线优化解决方案 (16)第十章工业发展趋势与展望 (16)10.1 技术发展趋势 (16)10.2 行业应用拓展 (16)10.3 市场前景预测 (16)第一章概述1.1 工业技术发展历程工业技术作为机械行业的重要组成部分，其发展历程可追溯至上世纪中叶。
工业机器人技术基础-第2版-课件--第1章-工业机器人概论-
实际作业tact time最大缩 监视ROBOT的姿势、负荷， 设置面积A4尺寸，重量约
特
短15%幅度。附加功能：附 依据实际调整伺服增益/滤
加轴控制、追踪机能、
波。
８kg的新设计小型控制器。 搭载独自开发的5节闭连结
点 Ethernet等提升目标。
冲突检知机能，支持原点 机构及64bitCPU；
参 最大合成速度：5.5m/s 数 最大可搬重量：3.5kg
随着工业机器人的应用越来越广泛，我国也在积极推动我国机器人产业的发展。尤其是进入 “十三.五”以来，国家出台的《机器人产业发展规划（2016-2020）》对机器人产业进行了全面 规划，要求行业、企业搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进工业机器人产业化进程。
第1章 工业机器人概论
工业机器人技术基础
第1章 工业机器人概论
工业机器人技术基础
工业机器人在我国发展概况
中国的机器人产业应走什么道路，如何建立自己的发展模式，确实值得探讨。中国工程院在 2003年12月完成并公开的《我国制造业焊接生产现状与发展战略研究总结报告》中认为，我国应 从“美国模式”着手，在条件成熟后逐步向“日本模式”靠近。
目前，我国基本掌握了工业机器人的结构设计和制造、控制系统硬件和软件、运动学和轨迹规划等技术， 形成了机器人部分关键元器件的规模化生产能力。一些公司开发出的喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人 已经在多家企业的自动化生产线上获得规模应用，弧焊机器人也已广泛应用在汽车制造厂的焊装线上。总体来 看，在技术开发和工程应用水平与国外相比还有一定的差距。主要表现在以下几个方面：
迅猛。由此可见，未来工业机器人的应用依托汽车产业，并迅速向各行业延伸。对于
机器人行业来讲，这是一个非常积极的信号。
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第4章 工业机器人的环境感觉技术
4.1.2
1.
图4.2所示为具有视觉焊缝对中的弧焊机器人的系统结构。 图像传感器直接安装在机器人末端执行器。焊接过程中,图像 传感器对焊缝进行扫描检测, 获得焊前区焊缝的截面参数曲线， 计算机根据该截面参数计算出末端执行器相对焊缝中心线的偏 移量Δ,然后发出位移修正指令, Δ=0为止。瑞典ASEA公司研制的Opotocator 弧焊用视觉系统, 安装在距工件175 mm高度,视野宽度32 mm,分辨率0.06 mm; 安装在IRL6／2弧焊机器人上能达到对中精度为0.40 mm。这种 传感器还可测量出钢板厚度,能自动调节弧焊电流, 从而保证 焊接质量, 并使厚度为0.80 mm的薄钢板焊接成为可能。弧焊 机器人装上视觉系统后给编程带来了方便, 编程时只需严格按 图样进行。 在焊接过程中产生的焊缝变形、装卡及传动系统 的误差均可由视觉系统自动检测并加以补偿。
取景部分应当能根据具体情况自动调节光圈的焦点, 以便得到 一张容易处理的图像。为此应能调节以下几个参量:
(1) 焦点能自动对准要看的物体。 (2) 根据光线强弱自动调节光圈。 (3) 自动转动摄像机, 使被摄物体位于视野中央。 (4) 根据目标物体的颜色选择滤光器。 此外, 还应当调节光源的方向和强度, 使目标物体能够看得 更清楚。
如果能在传感器的信息中加入景物各点与摄像管之间的距 离信息,显然是很有用的。每个像素都含有距离信息的图像, 称之为距离图像。目前,有人正在研究获得距离信息的各种办 法, 但至今还没有一种简单实用的装置。
第4章 工业机器人的环境感觉技术 2. 摄像机和光源控制 机器人的视觉系统直接把景物转化成图像输入信号, 因此
第4章 工业机器人的环境感觉技术
第4章 工业机器人的环境感觉技术
4.1 工业机器人的视觉 4.2 工业机器人的触觉 4.3 工业机器人的位置及位移 4.4 多感觉智能机器人
第4章 工业机器人的环境感觉技术
4.1 工业机器人的视觉
4.1.1 视觉系统可以分为图像输入(获取)、图像处理、图像理解、
图像存储和图像输出几个部分(见图4.1)。 实际系统可以根据需 要选择其中的若干部件。
第4章 工业机器人的环境感觉技术 图 4.5 具有视觉系统的机器人进行 Nhomakorabea接触式测量
第4章 工业机器人的环境感觉技术
4. 利用视觉的自主机器人系统
日本日立中央研究所研制的具有自主控制功能的智能机器 人, 可以用来完成按图装配产品的作业,图4.6所示为其工作示 意图。它的两个视觉传感器作为机器人的眼睛,一个用于观察 装配图纸，并通过计算机来理解图中零件的立体形状及装配关 系; 另一个用于从实际工作环境中识别出装配所需的零件,并 对其形状、位置、姿态等进行识别。此外,多关节机器人还带 有触觉。 利用这些传感器信息,可以确定装配顺序和装配方法, 逐步将零件装成与图纸相符的产品。
第4章 工业机器人的环境感觉技术 图 4.1 视觉系统的硬件组成
第4章 工业机器人的环境感觉技术
1. 视觉传感器
视觉传感器是将景物的光信号转换成电信号的器件。大 多数机器人视觉都不必通过胶卷等媒介物,而是直接把景物摄 入。过去经常使用光导摄像等电视摄像机作为机器人的视觉 传感器, 近年来开发了CCD(电荷耦合器件)和MOS(金属氧化物 半导体)器件等组成的固体视觉传感器。固体传感器又可以分 为一维线性传感器和二维线性传感器,目前二维线性传感器已 经能做到四千个像素以上。由于固体视觉传感器具有体积小、 重量轻等优点, 因此应用日趋广泛。
第4章 工业机器人的环境感觉技术
3. 计算机
由视觉传感器得到的图像信息要由计算机存储和处理, 根据各种目的输出处理后的结果。20世纪80年代以前,由于微 计算机的内存量小,内存的价格高, 因此往往另加一个图像存 储器来储存图像数据。现在, 除了某些大规模视觉系统之外, 一般都使用微计算机或小型机。
除了通过显示器显示图形之外,还可以用打印机或绘图仪 输出图像，且使用转换精度为8位A/D转换器就可以了。但由 于数据量大, 要求转换速度快, 目前已在使用100 MB 以上的8 位A／D转换芯片。
第4章 工业机器人的环境感觉技术
4. 图像处理机
一般计算机都是串行运算的, 要处理二维图像很费时间。 在要求较高的场合, 可以设置一种专用的图像处理机,以便缩 短计算时间。 图像处理只是对图像数据做了一些简单、重复 的预处理, 数据进入计算机后, 还要进行各种运算。
第4章 工业机器人的环境感觉技术 图 4.4 吸尘器自动装配实验系统
第4章 工业机器人的环境感觉技术
3.
在机器人腕部配置视觉传感器,可用于对异形零件进行非 接触式测量, 如图4.5所示。这种测量方法除了能完成常规的 空间几何形状、形体相对位置的检测外,如配上超声、激光、 x射线探测装置, 则还可进行零件内部的缺陷探伤、 表面涂层 厚度测量等作业。
第4章 工业机器人的环境感觉技术
由视觉传感器得到的电信号, 经过A／D转换成数字信号, 称为数字图像。一般地,一个画面可以分成256×256像素、 512×512像素或1024×1024像素,像素的灰度可以用4位或8位 二进制数来表示。一般情况下, 这么大的信息量对机器人系统 来说是足够的。要求比较高的场合,还可以通过彩色摄像系统 或在黑白摄像管前面加上红、绿、蓝等滤光器得到颜色信息和 较好的反差。
第4章 工业机器人的环境感觉技术 图 4.2 具有视觉焊缝对中的弧焊机器人的系统结构
第4章 工业机器人的环境感觉技术 图 4.3 实现机器人弧焊工作焊缝的自动跟踪原理图
第4章 工业机器人的环境感觉技术
2. 装配作业中的应用
图4.4所示为一个吸尘器自动装配实验系统, 由2台关节机器 人和7台图像传感器组成。组装的吸尘器部件包括底盘、气泵 和过滤器等, 都自由堆放在右侧备料区,该区上方装设三台图像 传感器(α、β、γ), 用以分辨物料的种类和方位。机器人的前部 为装配区,这里有4台图像传感器A、B、C和D, 用来对装配过程 进行监控。使用这套系统装配一台吸尘器只需2分钟。