工业机器人基础及应用编程技术

本书重点围绕工业机器人的机械机构、关键部件、运动学和动力学原理、控制器等，讲述工业机器人的基础技术，同时以FANUC品牌的串联工业机器人为对象，系统介绍其基本编程指令、程序管理方法，并详细解析了码垛机器人、弧焊机器人、点焊机器人等典型应用案例。本书共11章：第1章总体介绍了工业机器人的定义、发展史、特点、类型与应用等：第2章讲解了机器人的系统组成，包括工具软件、关节机械部件以及控制器等：第3章和第4章详述了工业机器人的运动学、静力学和动力学的基础理论知识并进行了应用分析：第5章分析了工业机器人的运动轴和坐标系，并介绍了工具坐标系、用户坐标系的作用以及标定方法；第6章讲述了工业机器人的程序管理，包括程序创建、选择、编辑以及控制执行等；第7章详细讲解了编程界面、基本编程指令及其编程方法；第8章从电气控制的角度讲解了机器人I/O信号的基本知识、编程方法以及在控制机器人运行中的作用：第9～第11章系统介绍了码垛机器人、弧焊机器人以及点焊机器人的基本组成及程序编制方法。 本书可作为本科机器人工程、智能制造工程、机械设计制造及自动化、机械电子工程以及自动化专业和高职高专机器人技术及应用专业的教材，也可供从事相关工作的科研人员和工程师参考。

前言
第1章概述1
1.1工业机器人的定义1
1.2工业机器人的发展史1
1.3工业机器人的特点2
1.4工业机器人的类型3
1.5工业机器人的应用4
1.6工业机器人编程作业安全9
本章小结9
思考与练习9
第2章工业机器人系统组成10
2.1机器人单元10
2.2应用工具软件11
2.2.1设定系统11
2.2.2机器人的点动进给12
2.2.3程序12
2.2.4测试运转（测试执行）12
2.2.5自动运转（操作执行）13
2.3机器人本体13
2.3.1谐波减速器13
2.3.2RV减速器16
2.3.3两种减速器的对比18
2.4机器人控制器18
2.4.1控制器的组成18
2.4.2示教器21
2.5机器人主要技术指标26
本章小结28
思考与练习28
第3章工业机器人运动学30
3.1引言30
3.2工业机器人机构30
3.3机器人运动学的矩阵表示31
3.3.1空间点的表示31
3.3.2空间向量的表示32
3.3.3坐标系在固定参考坐标系原点的表示（仅旋转）33
3.3.4坐标系在固定参考坐标系中的表示（平移+旋转）33
3.3.5刚体的表示34
3.4齐次变换矩阵36
3.5坐标系的变换37
3.5.1纯平移变换37
3.5.2绕轴纯旋转变换38
3.5.3复合变换40
3.5.4相对于旋转坐标系的变换43
3.6变换矩阵的逆44
3.7机器人的正逆运动学48
3.7.1位置的正逆运动学方程48
3.7.2姿态的正逆运动学方程51
3.7.3位姿的正逆运动学方程56
3.8机器人正运动学方程的D-H参数表示法56
3.8.1连杆坐标系的建立57
3.8.2D-H表示法的坐标变换59
3.9机器人的逆运动学解63
3.10机器人的逆运动学编程67
3.11机器人的退化和灵巧特性68
3.12D-H表示法的基本问题69
3.13设计项目：4自由度机器人70
3.13.1SCARA机器人坐标系的建立71
3.13.2SCARA机器人的正运动学分析72
3.13.3SCARA机器人的逆运动学分析73
本章小结74
思考与练习74
第4章工业机器人静力学及动力学分析76
4.1引言76
4.2工业机器人速度雅可比与速度分析77
4.2.1工业机器人速度雅可比77
4.2.2工业机器人速度分析79
4.3工业机器人力雅可比与静力学分析81
4.3.1操作臂中的静力学81
4.3.2工业机器人力雅可比82
4.3.3工业机器人静力学的两类问题83
4.4工业机器人动力学分析84
4.4.1拉格朗日方程84
4.4.2二自由度平面关节型工业机器人动力学方程85
4.4.3关节空间和操作空间动力学88
本章小结89
思考与练习89
第5章工业机器人运动轴与坐标系91
5.1工业机器人运动轴91
5.2坐标系92
5.2.1世界坐标系93
5.2.2关节坐标系93
5.2.3机械接口坐标系93
5.2.4工具坐标系93
5.2.5用户坐标系94
5.3工具坐标系94
5.3.1工具坐标系的作用95
5.3.2工具坐标系的特点96
5.3.3工具坐标系的标定96
5.3.4工具坐标系的激活102
5.3.5工具坐标系的检验102
5.4用户坐标系103
5.4.1用户坐标系的作用104
5.4.2用户坐标系的特点104
5.4.3用户坐标系的标定105
5.4.4用户坐标系的激活107
5.4.5用户坐标系的检验107
本章小结108
思考与练习108
第6章工业机器人程序管理110
6.1创建程序110
6.1.1创建程序的流程110
6.1.2创建程序的步骤110
6.2选择程序111
6.3删除程序112
6.4复制程序112
6.5查看程序属性113
6.6执行程序114
6.6.1示教器启动114
6.6.2中断执行程序115
6.6.3程序执行恢复117
本章小结118
思考与练习118
第7章工业机器人程序编辑与指令121
7.1示教程序编辑界面121
7.2动作指令121
7.2.1动作类型121
7.2.2位置数据123
7.2.3动作指令示教125
7.3指令的编辑（EDCMD）127
7.4控制指令137
本章小结151
思考与练习151
第8章机器人I/O信号编程152
8.1I/O信号的分类152
8.2I/O信号的连接152
8.3I/O信号的配置156
8.4外围设备I/O（UOP）158
8.5自动运行159
8.5.1执行条件159
8.5.2自动运行方式：RSR160
8.5.3自动运行方式：PNS162
本章小结164
思考与练习164
第9章码垛机器人编程及解析165
9.1码垛机器人基础165
9.2码垛机器人系统组成167
9.3码垛机器人工具坐标系169
9.4码垛机器人运动轨迹及流程设计169
9.5码垛机器人程序及分析171
本章小结172
思考与练习172
第10章弧焊机器人编程及分析174
10.1弧焊机器人的类型174
10.2弧焊机器人的组成176
10.2.1机器人弧焊电源176
10.2.2机器人焊枪177
10.3弧焊机器人案例分析178
10.3.1被焊工件的基础资料178
10.3.2焊接工艺及工艺要求179
10.3.3弧焊机器人工作站设计179
10.4弧焊机器人程序及分析182
本章小结183
思考与练习183
第11章点焊机器人编程及分析184
11.1点焊机器人基础184
11.2点焊机器人的组成190
11.3点焊机器人工具坐标系的标定193
11.4点焊机器人运动轨迹及流程设计194
11.5点焊机器人程序及分析195
本章小结196
思考与练习196
参考文献197