绪论 认识工业机器人 .............................. 1
【情境引入】 ................................................. 1
【学习导览】 ................................................. 1
0.1 工业机器人的定义与意义 ................ 2
0.2 工业机器人的发展历史 .................... 3
0.2.1 我国工业机器人的发展
历史 ...................................... 3
0.2.2 国外工业机器人的发展
历史 ...................................... 4
0.3 工业机器人的发展趋势 .................... 5
0.4 工业机器人的应用场景 .................... 7
【实训案例】 ............................................... 12
【内容小结】 ............................................... 13
【课后习题】 ............................................... 13
【拓展演练】 ............................................... 14


模块一 工业机器人的系统构成与
分类 .............................................. 15
【情境引入】 ............................................... 15
【学习导览】 ............................................... 15
1.1 工业机器人的系统构成 .................. 15
1.1.1 执行机构 ............................. 16
1.1.2 驱动系统 ............................. 17
1.1.3 控制系统 ............................. 17
1.1.4 监测系统 ............................. 18
1.2 工业机器人的系统分类 .................. 18
1.2.1 按机器人的技术等级划分 ... 19
1.2.2 按机器人的结构特征划分 ... 21
1.2.3 按机器人的控制方式划分 ... 24
1.3 工业机器人的技术指标 .................. 25
【实训案例】 ............................................... 28
【内容小结】 ............................................... 28
【课后习题】 ............................................... 29
【拓展演练】 ............................................... 30


模块二 工业机器人的坐标变换与
运动学计算 ................................. 31
【情境引入】 ............................................... 31
【学习导览】 ............................................... 31
2.1 坐标系的表示方法 ........................... 32
2.1.1 点的表示 ............................. 32
2.1.2 向量的表示 ......................... 32
2.1.3 坐标系的表示 ..................... 33
2.1.4 刚体的表示 ......................... 34
2.2 位姿描述及坐标变换 ....................... 36
2.2.1 位姿描述 ............................. 36
2.2.2 坐标变换 ............................. 37
2.3 齐次变换 ........................................... 40
2.3.1 点的齐次坐标 ..................... 40
2.3.2 齐次变换的分类 .................. 41
2.4 工业机器人运动坐标系 .................. 44
2.4.1 基坐标系 ............................. 45
2.4.2 世界坐标系 ......................... 45
2.4.3 工具坐标系 ......................... 46
2.4.4 工件坐标系 ......................... 46
2.5 工业机器人运动学计算 .................. 47
2.5.1 工业机器人D-H 建模 ......... 48
2.5.2 工业机器人的运动方程 ...... 50
2.5.3 正运动学计算 ..................... 51
2.5.4 逆运动学计算 ..................... 52
【实训案例】 ............................................... 54
【内容小结】 ............................................... 55
【课后习题】 ............................................... 55
【拓展演练】 ............................................... 56


模块三 工业机器人的机械系统构成 .... 58
【情境引入】 ............................................... 58
【学习导览】 ............................................... 58
3.1 工业机器人的机座 ........................... 58
3.1.1 固定式机座 ......................... 59
3.1.2 移动式机座 ......................... 59
3.2 工业机器人的臂部 .......................... 60
3.2.1 工业机器人臂部的分类与
特点 .................................... 60
3.2.2 工业机器人臂部的组成与
运动 .................................... 62
3.2.3 工业机器人臂部的配置与
驱动 .................................... 63
3.3 工业机器人的腕部 .......................... 64
3.3.1 工业机器人腕部的运动
形式 .................................... 64
3.3.2 工业机器人腕部的分类 ...... 65
3.3.3 工业机器人腕部的驱动
方式 .................................... 67
3.3.4 工业机器人的柔性腕部 ...... 67
3.4 工业机器人的末端执行器 .............. 67
3.4.1 工业机器人末端执行器的
分类 .................................... 68
3.4.2 工业机器人末端执行器的
特点 .................................... 69
3.4.3 吸附式末端执行器 .............. 69
3.4.4 夹持式末端执行器 .............. 70
3.4.5 专用末端执行器 ................. 71
3.4.6 工具快换装置 ..................... 72
3.4.7 多工位换接装置 ................. 73
3.4.8 仿人末端执行器 ................. 73
3.5 工业机器人的传动装置 .................. 74
3.5.1 齿轮传动 ............................. 75
3.5.2 行星齿轮传动 ..................... 77
3.5.3 丝杠传动 ............................. 78
3.5.4 谐波减速器 ......................... 79
3.5.5 RV 减速器 ........................... 82
3.5.6 同步带传动 ......................... 85
3.6 工业机器人的运动简图 .................. 85
【实训案例】 ............................................... 87
【内容小结】 ............................................... 88
【课后习题】 ............................................... 88
【拓展演练】 ............................................... 89


模块四 工业机器人的动力系统构成 .... 90
【情境引入】 ............................................... 90
【学习导览】 ............................................... 90
4.1 工业机器人电机驱动系统 .............. 91
4.1.1 工业机器人电机驱动系统的
特点 ..................................... 91
4.1.2 常用电机 ............................. 92
4.2 工业机器人液压驱动系统 .............. 96
4.2.1 液压驱动系统的特点 .......... 97
4.2.2 液压驱动系统的组成 .......... 97
4.2.3 液压伺服系统...................... 99
4.3 工业机器人气压驱动系统 ............ 101
4.3.1 气压驱动系统的特点 ........ 101
4.3.2 气压驱动系统的组成 ........ 101
【实训案例】 ............................................. 105
【内容小结】 ............................................. 106
【课后习题】 ............................................. 106
【拓展演练】 ............................................. 107


模块五 工业机器人的感知系统构成 .... 108
【情境引入】 ............................................. 108
【学习导览】 ............................................. 108
5.1 传感器的分类 ................................. 109
5.1.1 根据检测对象分类 ............ 109
5.1.2 根据检测方法分类 ............ 110
5.2 传感器的性能 ................................. 111
5.2.1 传感器的静态性能 ............ 111
5.2.2 传感器的动态性能 ............ 113
5.3 位置传感器 ..................................... 114
5.3.1 电位器式位移传感器 ........ 115
5.3.2 光电编码器 ....................... 116
5.3.3 旋转变压器 ....................... 119
5.4 角速度传感器 ................................. 120
5.4.1 测速发电机 ....................... 120
5.4.2 相对式光电编码器 ............ 120
5.4.3 霍尔传感器 ....................... 120
5.5 接近传感器 ..................................... 121
5.5.1 电容式接近传感器 ............ 121
5.5.2 电涡流式接近传感器 ........ 122
5.5.3 霍尔式接近传感器 ............ 123
5.5.4 光电式接近传感器 ............ 124
5.5.5 超声波式接近传感器 ........ 127
5.6 视觉传感器 ..................................... 128
5.6.1 工业机器人的视觉系统
构成 ................................... 128
5.6.2 工业机器人视觉系统的
应用领域 ........................... 131
5.7 多传感器信息融合技术 ................ 133
5.7.1 多传感器信息融合技术的
分类 .................................. 133
5.7.2 多传感器信息融合技术的
应用 .................................. 134
5.8 工业机器人传感器的选择 ............ 136
5.8.1 根据加工任务的要求选择 ... 136
5.8.2 根据机器人控制的要求
选择 .................................. 136
5.8.3 根据辅助工作的要求选择 ... 137
5.8.4 根据安全方面的要求选择 ... 137
【实训案例】 ............................................. 137
【内容小结】 ............................................. 138
【课后习题】 ............................................. 138
【拓展演练】 ............................................. 140


模块六 工业机器人的控制系统构成 ... 141
【情境引入】 ............................................. 141
【学习导览】 ............................................. 141
6.1 控制系统的功能与特点 ................ 141
6.1.1 控制系统的功能 ............... 142
6.1.2 控制系统的特点 ............... 142
6.2 控制系统的结构 ............................ 143
6.2.1 工业机器人控制系统的
分类及组成 ....................... 143
6.2.2 工业机器人控制系统的
结构 .................................. 145
6.3 控制方式 ......................................... 148
6.3.1 位置控制方式 ................... 148
6.3.2 速度控制方式 ................... 150
6.3.3 力（力矩）控制方式 ........ 150
6.3.4 智能控制方式 ................... 151
6.3.5 运动控制方式 ................... 151
6.4 常见工业机器人控制器 ................ 153
6.4.1 工业机器人控制器的功能 ... 153
6.4.2 工业机器人常用控制器 .... 153
6.4.3 典型工业机器人控制器 .... 157
【实训案例】 ............................................. 163
【内容小结】 ............................................. 165
【课后习题】 ............................................. 165
【拓展演练】 ............................................. 166


模块七 工业机器人的操作与编程 .... 167
【情境引入】 ............................................. 167
【学习导览】 ............................................. 167
7.1 工业机器人编程方式分类 ............ 168
7.1.1 常见的工业机器人编程
方式 ................................... 168
7.1.2 工业机器人编程语言及其
发展趋势 ........................... 170
7.2 ABB 工业机器人操作与在线
编程 .................................................. 172
7.2.1 ABB 示教器的外观 ........... 172
7.2.2 ABB 示教器的操作 ........... 173
7.2.3 ABB 工业机器人在线
编程 ................................... 175
7.3 FANUC 工业机器人操作与在线
编程 .................................................. 180
7.3.1 FANUC 工业机器人的系统
组成 ................................... 181
7.3.2 FANUC 工业机器人的点动
示教 ................................... 183
7.3.3 FANUC 工业机器人的轨迹
编程 ................................... 187
7.4 ABB 工业机器人操作与离线
编程 .................................................. 190
7.4.1 RobotStudio 的建模、编程与
仿真功能 ........................... 191
7.4.2 RobotStudio 的基本操作 .... 191
7.5 FANUC 工业机器人操作与离线
编程 .................................................. 201
7.5.1 ROBOGUIDE 软件功能 .... 202
7.5.2 工作单元的创建 ................ 202
7.5.3 工具坐标系的创建 ............ 206
7.5.4 基础路径的创建 ................ 211
【实训案例】 ............................................. 215
【内容小结】 ............................................. 219
【课后习题】 ............................................. 219
【拓展演练】 ............................................. 221


模块八 工业机器人的典型应用 ........ 222
【情境引入】 ............................................. 222
【学习导览】 ............................................. 222
8.1 工业机器人工作站 ........................ 223
8.1.1 工业机器人工作站的组成 .... 223
8.1.2 工业机器人工作站的规划
流程 .................................. 223
8.1.3 工业机器人工作站的设计
原则 .................................. 224
8.1.4 常见的工业机器人工作站 ... 225
8.2 焊接机器人工作站 ........................ 227
8.2.1 焊接机器人工作站的组成 ... 227
8.2.2 焊接机器人的分类 ............ 228
8.2.3 机器人焊接的特点及注意
事项 .................................. 229
8.3 喷涂机器人工作站 ........................ 230
8.3.1 喷涂机器人的特点 ............ 231
8.3.2 喷涂机器人的分类 ............ 232
8.3.3 喷涂机器人工作站的组成 ... 234
8.3.4 喷涂机器人工作站的周边
设备 .................................. 235
8.3.5 喷涂机器人工作站的布局 ... 236
8.4 搬运码垛机器人工作站 ................ 238
8.4.1 搬运码垛机器人工作站的
优点 .................................. 238
8.4.2 搬运码垛机器人工作站的
要求 .................................. 239
8.4.3 搬运码垛机器人工作站的
特性 .................................. 239
8.4.4 搬运码垛机器人工作站的
工作流程 ........................... 239
8.5 自动导引车 ..................................... 239
8.5.1 AGV 的特点 ..................... 240
8.5.2 AGV 导向技术分类 .......... 241
8.5.3 AGV 的应用 ..................... 242
8.6 其他工业机器人工作站 ................ 242
8.6.1 分拣机器人工作站 ............ 243
8.6.2 装配机器人工作站 ............ 244
8.6.3 数控加工机器人工作站 .... 245
8.6.4 抛光打磨机器人工作站 .... 246
【实训案例】 ............................................. 248
【内容小结】 ............................................. 249
【课后习题】 ............................................. 249
【拓展演练】 ............................................. 250


模块九 工业机器人的安全管理 ........ 251
【情境引入】 ............................................. 251
【学习导览】 ............................................. 251
9.1 工业机器人常见事故 ..................... 252
9.1.1 工业机器人常见事故类型 .... 252
9.1.2 工业机器人事故案例 ........ 252
9.2 工业机器人的设备安全管理 ........ 254
9.2.1 设备安全管理的阶段 ........ 254
9.2.2 设备安全管理措施 ............ 254
9.3 工业机器人的生产安全管理 ........ 255
9.3.1 工业机器人安全操作规程 .... 255
9.3.2 常见的安全警示标志 ........ 256
9.3.3 安全警示标志设置规范及
设置位置 ........................... 258
【实训案例】 ............................................. 259
【内容小结】 ............................................. 260
【课后习题】 ............................................. 260
【拓展演练】 ............................................. 261
附录 ............................................................... 262
附录A 工业机器人技术岗位任职
要求 ............................................ 262
一、工业机器人调试工程师 ........ 262
二、工业机器人设计工程师 ........ 263
三、工业机器人编程工程师 ........ 263
四、工业机器人操作员 ................ 263
附录B 工业机器人技术应用竞赛
要求 ............................................ 264
一、全国工业机器人技术应用技能
大赛 ...................................... 264
二、全国大学生机器人大赛 ........ 264
三、全国职业院校技能大赛高职组
“工业机器人技术应用”
赛项 ...................................... 265
四、国际机器人奥林匹克大赛 ..... 266
五、世界机器人大赛 .................... 266
附录C 工业机器人X 证书考核要求 .... 266
参考文献 ...................................................... 272