工业机器人应用工程

　　内容提要《工业机器人应用工程》是工业机器人丛书之一。全书共分6章。主要包括工业机器人及其应用工程概貌；机器人操作机的机构结构、运动方程、工作空间和灵活度等基本理论；工业机器人运动控制的基本概念和实用关键技术；机器人应用中的示教方法、外设控制、安全措施等。本书用较大篇幅并结合实例论述机器人工作站和生产线的构成、设计原则和方法以及末端执行器、变位机和机器人移动台架的选型和设计。本书可供从事机器人技术集成以及现场应用的技术工作者阅读和参考，也可用作大专院校机、电专业的本科生和研究生的教材。片断：绪论工业机器人自60年代初问世以来，经过了30多年的发展，已广泛应用于各个工业领域，成为制造业生产自动化中主要的机电一体化设备。本章将简要介绍工业机器人的产生与发展、分类、用途以及由他们构成的工作站与生产线实例，并扼要阐述机器人应用工程研究的一些重要问题。1.1工业机器人的发展及分类1.1.1工业机器人机器人是“ROBOT”一词的中译名。由于影视宣传和科幻小说的影响，人们往往把机器人想象成外貌似人的机械和电子装置。但事实并非如此，特别是工业机器人，与人的外貌毫无相像之处。根据国家标准，工业机器人定义为“其操作机是自动控制的，可重复编程、多用途，并可对3个以上轴进行编程。它可以是固定式或移动式。在工业自动化应用中使用。”操作机又定义为“是一种机器，其机构通常由一系列互相铰接或相对滑动的构件所组成。它通常有几个自由度，用以抓取或移动物体（工具或工件）”。所以对工业机器人可以理解为：拟人手臂、手腕和手功能的机械电子装置；它可把任一物件或工具按空间位（置）姿（态）的时变要求进行移动，从而完成某一工业生产的作业要求。如夹持焊钳或焊枪，对汽车或摩托车车体进行点焊或弧焊；搬运压铸或冲压成型的零件或构件；进行激光切割；喷涂；装配机械零、部件等。1951年，美国麻省理工学院（MIT）开发成功第一代数控铣床，从而开辟了机械电子相结合的新纪元。1954年，美国人GeorgeC.Devol在他申请的专利“Programmedarticletransfer”中，首次提出了“示教/再现机器人的概念”。1958年，美国推出了世界第一台工业机器人实验样机。不久，Condec公司与Pulman公司合并，成立了Unimation公司，并于1961年制造出了用于模铸生产的工业机器人（命名为Unima－tion）。与此同时，美国AMF公司也研制生产出了另一种可编程的通用机器，并以“IndustrialRobot”（工业机器人）为商品广告投入市场。1970年4月，在伊利诺斯工学院召开了第一届全美工业机器人会议。当时在美国已有200余台工业机器人用于自动生产线上。日本的丰田和川崎公司，于1967年分别引进了美国的工业机器人技术。经过消化、仿制、改进、创新到1980年，机器人技术在日本取得了极大的成功与普及，“1980年”被日本人称之为“日本的机器人元年”。现在，日本拥有工业机器人的台数（约占世界总台数的65％）和制造技术都处于世界领先地位。其他，诸如欧洲各国以及俄罗斯也都在大力发展机器人技术。根据国际机器人联合会（IFR）的统计，1995年底全世界各主要国家机器人的台数如表1－1。本书前言前言工业机器人自本世纪60年代初问世以来，迄今已有80万余台用于世界各国的自动化生产线上，扮演着灵巧自如、不知疲倦“操作者”的角色，替代生产工人出色地完成着极其繁重、复杂、精密或者充满着危险的各种各样的工作。关于研究工业机器人本身问题的著作，已十分丰富，但涉及工业机器人理论与设计、操作机设计及机器人应用工程的著作，却寥若晨星。作者们在多年机器人技术的研究、开发与实际应用工程中，深感需要一套对机器人既有理论分析，又有总体设计。包括实施运转、集成调整某一工程中机器人工作站和生产线的应用工程和应用实例的专门论著。《工业机器人应用工程》就是根据这一切身体会和社会需要，以自己的研究、设计和应用中的经验为主要素材进行撰写的。书中，先概括介绍工业机器人及其应用工程概貌；再详细分析机器人赖以工作的操作机的机构结构、运动方程、工作空间和灵活度等基本理论；然后再介绍工业机器人运动控制的基本概念和实用关键技术；并专章讨论机器人应用中的示教方法、作业条件、程序特点、外设控制和安全措施等作业实施中的具有实用价值的问题。本书用较大篇幅论述机器人工作站和生产线的构成、设计原则和方法、应用实例以及为了扩大机器人的应用领域的末端执行器、变位机和机器人移动台架的类型、选用和设计。为了扩大眼界，最后一章还简要介绍和分析了一些成功用于生产实际的实例以及机器人技术的应用发展展望。作者的分工是：余达太、马香峰担任主编并分别撰写第二、三两章，肖英撰写第一章并协助审查应用实例，袁星军撰写第四章，郗安民撰写第五、六章。北京科技大学机器人研究所为本书的编写提供了很多帮助。许纪倩、狄春良、刘颖、刘鸿飞等为书稿和绘图付出了辛勤劳动。在撰写本书过程中，还参阅了很多专家的文献、资料，在这里一并向他们表示深深的谢意。由于本书牵涉面广，作者们深感理论和实践的不足，不妥之处在所难免，衷心希望读者和这一领域的专家和实际工作者批评指正。作者1998年10月

暂缺《工业机器人应用工程》作者简介

1绪论
2工业机器人的机构结构及其运动分析
3工业机器人的运动控制
4工业机器人的作业实施
5工业机器人的生产线及工作站
6工业机器人应用工程实例分析及展望
参考文献