本書以典型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用為主線，系統(tǒng)介紹了典型工業(yè)機(jī)器人相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)及項(xiàng)目應(yīng)用。全書分六個(gè)項(xiàng)目，包括直角坐標(biāo)碼垛機(jī)器人、四自由度SCARA機(jī)器人、六自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人、并聯(lián)加工機(jī)器人、AGV機(jī)器人，后以一個(gè)綜合多種機(jī)器人具體應(yīng)用的柔性制造系統(tǒng)作為全書的總結(jié)項(xiàng)目予以介紹。全書基于工作過程，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)引，內(nèi)容力求豐富、結(jié)構(gòu)力求清晰、圖文并茂、力求言簡(jiǎn)意賅、通俗易懂。通過本書的學(xué)習(xí)可以使讀者快速掌握典型應(yīng)用作為項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的常用工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試方法。本書適用于可以作為普通高等院校機(jī)電專業(yè)教材，也可以作為從事機(jī)械電子、機(jī)器人理論與實(shí)踐研究人員以及從事工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用開發(fā)、調(diào)試、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工程技術(shù)人員的參考書。
目前,為適應(yīng)國(guó)家大力發(fā)展職業(yè)教育的新形勢(shì),深入貫徹落實(shí)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》中關(guān)于實(shí)施“職業(yè)院校教師素質(zhì)提高計(jì)劃”的精神,發(fā)揮職教師資的培養(yǎng)優(yōu)勢(shì)和特色,編者通過對(duì)職業(yè)院校和企業(yè)的廣泛調(diào)研,針對(duì)機(jī)電技術(shù)教育專業(yè)培養(yǎng)職教師資的社會(huì)需求,努力構(gòu)建既能體現(xiàn)機(jī)電一體化技術(shù)理論與技能,又能充分體現(xiàn)師范技能與教師素質(zhì)培養(yǎng)要求的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)與培養(yǎng)方案,構(gòu)建一種緊密結(jié)合本專業(yè)人才培養(yǎng)需要的一體化課程體系,基于CDIO開發(fā)核心課程與相應(yīng)特色教材,為我國(guó)職業(yè)教育的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
本書是以職業(yè)能力培養(yǎng)為核心,融合生產(chǎn)實(shí)際中的工作任務(wù),基于工作過程、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)進(jìn)行開發(fā)編寫的。本書打破了課程的學(xué)科體系,打破了理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的界限,以綜合性工業(yè)機(jī)器人任務(wù)為載體,把相關(guān)知識(shí)點(diǎn)嵌入到每個(gè)項(xiàng)目的每個(gè)任務(wù)中,通過各項(xiàng)目及其漸進(jìn)的工作任務(wù)來講述工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和應(yīng)用,工作任務(wù)需要什么就講什么、就練習(xí)什么,突出了專業(yè)實(shí)踐能力和專業(yè)實(shí)踐問題解決能力的培養(yǎng)。
本書分為6個(gè)項(xiàng)目,基于工作過程,以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)方式作為本書的編寫主線,從不同的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用出發(fā),以典型的機(jī)器人設(shè)計(jì)及開發(fā)過程為主線,介紹了6種不同類型的現(xiàn)場(chǎng)型工業(yè)機(jī)器人的具體設(shè)計(jì)及應(yīng)用場(chǎng)景。項(xiàng)目1主要是從最簡(jiǎn)單的工業(yè)機(jī)器人出發(fā),結(jié)合所涉及的電氣控制及相關(guān)元器件的使用方法,并根據(jù)所設(shè)計(jì)的直角坐標(biāo)系機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)置了搬運(yùn)碼垛的具體應(yīng)用場(chǎng)景,并予以實(shí)施。項(xiàng)目2主要從四自由度SCARA機(jī)器人的工業(yè)應(yīng)用為目的出發(fā),介紹了此類機(jī)器人的軟硬件結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),從項(xiàng)目開始,即將機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)引入到教材中,針對(duì)本科生所學(xué)習(xí)過的機(jī)器人學(xué)課程進(jìn)行理論知識(shí)的強(qiáng)化與計(jì)算,將SCARA機(jī)器人的軌跡規(guī)劃作為主要的應(yīng)用對(duì)象,使讀者能切身體會(huì)到機(jī)器人理論對(duì)機(jī)器人應(yīng)用的具體指導(dǎo)作用。項(xiàng)目3本著熟悉與掌握開放式運(yùn)動(dòng)控制理論的角度出發(fā),把六自由度機(jī)器人的硬件與運(yùn)動(dòng)算法作為機(jī)器人示教運(yùn)行的兩個(gè)基本任務(wù),通過前兩個(gè)任務(wù)的完成進(jìn)而完成第3個(gè)任務(wù),再通過第3個(gè)任務(wù)的完成反過來驗(yàn)證前兩個(gè)任務(wù)的正確性,最后從工業(yè)實(shí)際的角度出發(fā),介紹了此類機(jī)器人在工程應(yīng)用中的具體注意事項(xiàng),達(dá)到理論與實(shí)際相結(jié)合、實(shí)驗(yàn)與工程Ⅶ..........相結(jié)合的目的。項(xiàng)目4主要介紹了一種新型的并聯(lián)機(jī)器人,從并聯(lián)機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì)及軟件編程兩個(gè)方面進(jìn)行任務(wù)化驅(qū)動(dòng),最終以并聯(lián)機(jī)器人的加工作為檢驗(yàn)并聯(lián)機(jī)器人軟件硬件設(shè)計(jì)的依據(jù),通過對(duì)典型零件的加工,進(jìn)一步擴(kuò)展了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍,有助于讀者將工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與其他工業(yè)控制技術(shù)相融合,做到舉一反三。項(xiàng)目5介紹了機(jī)器人系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的一種AGV小車,以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的形式介紹了AGV小車的機(jī)械結(jié)構(gòu)及電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。本項(xiàng)目的任務(wù)驅(qū)動(dòng)主要從AGV本身固有的開發(fā)特點(diǎn)出發(fā),以典型的機(jī)器人一體化技術(shù)組成作為整個(gè)項(xiàng)目的擴(kuò)展主線,將機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算及路徑與軌跡規(guī)劃相結(jié)合,進(jìn)而通過一個(gè)項(xiàng)目向讀者展示了AGV機(jī)器人的設(shè)計(jì)原理與工程實(shí)現(xiàn)過程。項(xiàng)目6為綜合項(xiàng)目,結(jié)合了機(jī)器人、視頻軟件、AGV、傳送帶等裝備,展現(xiàn)給讀者的是一個(gè)綜合實(shí)例,并將其中的內(nèi)容以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的形式進(jìn)行了分割,既保證了技術(shù)的完整性又不失為一個(gè)可以作為全書內(nèi)容展示的總結(jié)性項(xiàng)目。
本書是由教育部財(cái)政部職業(yè)院校教師素質(zhì)提高計(jì)劃職教師資培養(yǎng)資源開發(fā)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):VTNE016)資助的《機(jī)電技術(shù)教育》專業(yè)核心課程教材開發(fā)成果。本書由天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)孫宏昌、鄧三鵬、祁宇明主編,許琢、莊紅超、李麗娜、蔣永翔、劉朝華參編,另外天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)器人與智能裝備研究所的研究生井平安、岳剛、程二亭,本科生孔祥波也參與了本書的編寫以及視頻錄制工作,在此一并表示感謝。
本書在編寫過程中得到了天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系、機(jī)器人及智能裝備研究所和天津博諾智創(chuàng)機(jī)器人技術(shù)有限公司的大力支持和幫助,在此深表謝意。
由于編者學(xué)術(shù)水平所限,改革探索經(jīng)驗(yàn)不足,書中難免存在不妥之處,懇請(qǐng)專家和讀者不吝賜教,多加批評(píng)、指正。
編者
出版說明
前言
項(xiàng)目1 直角坐標(biāo)碼垛機(jī)器人 1
任務(wù)1 直角坐標(biāo)碼垛機(jī)器人系統(tǒng)認(rèn)知 1
1. 1 任務(wù)概述 1
1. 2 任務(wù)目標(biāo) 1
1. 3 任務(wù)引入 1
1. 4 任務(wù)實(shí)施 1
1. 4. 1 直角坐標(biāo)碼垛機(jī)器人簡(jiǎn)述 1
1. 4. 2 關(guān)節(jié)型碼垛機(jī)器人簡(jiǎn)述 3
1. 4. 3 碼垛機(jī)器人兩大類型特點(diǎn)及應(yīng)用比較 3
1. 4. 4 BNRT-CACS3 型直角坐標(biāo)碼垛機(jī)器人系統(tǒng)組成 4
1. 4. 5 BNRT-CACS3 型直角坐標(biāo)碼垛機(jī)器人部件功能與使用 5
任務(wù)2 直角坐標(biāo)碼垛機(jī)器人系統(tǒng)調(diào)試與訓(xùn)練案例 11
2. 1 任務(wù)概述 11
2. 2 任務(wù)目標(biāo) 11
2. 3 任務(wù)引入 11
2. 4 任務(wù)實(shí)施 11
2. 4. 1 BNRT-CACS3 型直角坐標(biāo)碼垛機(jī)器人接線準(zhǔn)則 11
2. 4. 2 BNRT-CACS3 型直角坐標(biāo)碼垛機(jī)器人調(diào)試訓(xùn)練 13
2. 4. 3 BNRT-CACS3 型直角坐標(biāo)碼垛機(jī)器人系統(tǒng)工作訓(xùn)練 13
任務(wù)3 直角坐標(biāo)碼垛機(jī)器人井式供料單元訓(xùn)練案例 14
3. 1 任務(wù)概述 14
3. 2 任務(wù)目標(biāo) 14
3. 3 任務(wù)引入 14
3. 4 任務(wù)實(shí)施 14
3. 4. 1 用PLC 實(shí)現(xiàn)兩個(gè)常開按鈕和兩個(gè)磁性開關(guān)對(duì)推料電磁閥的控制 14
3. 4. 2 用PLC 實(shí)現(xiàn)貨物有無檢測(cè)報(bào)警的控制 16
任務(wù)4 直角坐標(biāo)碼垛機(jī)器人旋轉(zhuǎn)編碼器定位操作訓(xùn)練案例 18
4. 1 任務(wù)概述 18
4. 2 任務(wù)目標(biāo) 18
Ⅸ ..........
4. 3 任務(wù)引入 19
4. 4 任務(wù)實(shí)施 19
任務(wù)5 直角坐標(biāo)碼垛機(jī)器人日常維護(hù)與常見故障排除案例 24
5. 1 任務(wù)概述 24
5. 2 任務(wù)目標(biāo) 24
5. 3 任務(wù)引入 24
5. 4 任務(wù)實(shí)施 24
5. 4. 1 直角坐標(biāo)碼垛機(jī)器人常見故障排除 24
5. 4. 2 BNRT-CACS3 型直角坐標(biāo)碼垛機(jī)器人維護(hù)和保養(yǎng) 25
項(xiàng)目2 四自由度SCARA 機(jī)器人 27
任務(wù)1 SCARA 機(jī)器人路徑軌跡規(guī)劃 27
1. 1 任務(wù)概述 27
1. 2 任務(wù)目標(biāo) 27
1. 3 任務(wù)引入 27
1. 4 任務(wù)實(shí)施 28
1. 4. 1 機(jī)器人的位姿描述 28
1. 4. 2 齊次變換及運(yùn)算 28
1. 4. 3 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 32
1. 4. 4 SCARA 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 36
任務(wù)2 SCARA 裝配機(jī)器人的控制系統(tǒng) 42
2. 1 任務(wù)概述 42
2. 2 任務(wù)目標(biāo) 42
2. 3 任務(wù)引入 42
2. 4 任務(wù)實(shí)施 43
2. 4. 1 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件部分 43
2. 4. 2 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件部分 46
項(xiàng)目3 六自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人 48
任務(wù)1 六自由度模塊化關(guān)節(jié)機(jī)器人硬件系統(tǒng) 48
1. 1 任務(wù)概述 48
1. 2 任務(wù)目標(biāo) 48
1. 3 任務(wù)引入 48
1. 4 任務(wù)實(shí)施 48
1. 4. 1 模塊化的定義與原則 48
1. 4. 2 模塊化的作用 49
1. 4. 3 模塊的劃分原則 49
1. 4. 4 模塊的組合原則 50
1. 4. 5 模塊的接口 50
1. 4. 6 六自由度模塊化關(guān)節(jié)機(jī)器人結(jié)構(gòu) 50
任務(wù)2 六自由度模塊化關(guān)節(jié)機(jī)器人示教編程與控制案例 52
Ⅹ..........
2. 1 任務(wù)概述 52
2. 2 任務(wù)目標(biāo) 52
2. 3 任務(wù)引入 52
2. 4 任務(wù)實(shí)施 53
2. 4. 1 機(jī)器人正/逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的D-H 方法 53
2. 4. 2 正運(yùn)動(dòng)學(xué) 54
2. 4. 3 逆運(yùn)動(dòng)學(xué) 56
2. 4. 4 機(jī)器人示教—再現(xiàn)過程 57
2. 4. 5 六自由度模塊化關(guān)節(jié)機(jī)器人示教過程 57
任務(wù)3 六自由度模塊化關(guān)節(jié)機(jī)器人常見故障案例 63
3. 1 任務(wù)概述 63
3. 2 任務(wù)目標(biāo) 63
3. 3 任務(wù)引入 63
3. 4 任務(wù)實(shí)施 63
3. 4. 1 六自由度模塊化關(guān)節(jié)機(jī)器人操作規(guī)程 63
3. 4. 2 六自由度模塊化關(guān)節(jié)機(jī)器人常見故障 64
3. 4. 3 六自由度模塊化關(guān)節(jié)機(jī)器人日常維護(hù) 64
項(xiàng)目4 并聯(lián)機(jī)器人 67
任務(wù)1 并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)構(gòu)建案例 67
1. 1 任務(wù)概述 67
1. 2 任務(wù)目標(biāo) 67
1. 3 任務(wù)引入 67
1. 4 任務(wù)實(shí)施 68
1. 4. 1 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 68
1. 4. 2 數(shù)控系統(tǒng)硬件搭建 69
1. 4. 3 I/ O 控制 70
任務(wù)2 并聯(lián)機(jī)器人軟件系統(tǒng)開發(fā)案例 70
2. 1 任務(wù)概述 70
2. 2 任務(wù)目標(biāo) 71
2. 3 任務(wù)引入 71
2. 4 任務(wù)實(shí)施 71
2. 4. 1 開發(fā)工具的選擇 71
2. 4. 2 建立VC 環(huán)境下PMAC 卡的初始化及數(shù)控程序框架 72
2. 4. 3 建立控制系統(tǒng)功能模塊 73
2. 4. 4 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)軟件人機(jī)界面 74
任務(wù)3 并聯(lián)機(jī)器人加工案例 80
3. 1 任務(wù)概述 80
3. 2 任務(wù)目標(biāo) 80
3. 3 任務(wù)引入 80
Ⅺ ..........
3. 4 任務(wù)實(shí)施 80
3. 4. 1 刀具補(bǔ)償數(shù)量級(jí)的確定 80
3. 4. 2 3D 刀具半徑補(bǔ)償?shù)姆较? 81
3. 4. 3 3D 刀具補(bǔ)償執(zhí)行過程 81
3. 4. 4 3D 刀具偏移軌跡驗(yàn)證 82
項(xiàng)目5 AGV 小車 84
任務(wù)1 AGV 小車系統(tǒng)認(rèn)知 84
1. 1 任務(wù)概述 84
1. 2 任務(wù)目標(biāo) 84
1. 3 任務(wù)引入 84
1. 4 任務(wù)實(shí)施 85
1. 4. 1 AGV 小車概述 85
1. 4. 2 AGV 小車的結(jié)構(gòu)組成 86
1. 4. 3 AGV 小車導(dǎo)引原理 88
1. 4. 4 AGV 小車的主要技術(shù)參數(shù) 89
1. 4. 5 物流信息管理系統(tǒng) 90
任務(wù)2 AGV 小車機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 90
2. 1 任務(wù)概述 90
2. 2 任務(wù)目標(biāo) 91
2. 3 任務(wù)引入 91
2. 4 任務(wù)實(shí)施 91
2. 4. 1 AGV 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)置與動(dòng)力學(xué)建模 91
2. 4. 2 AGV 中機(jī)械部分主要零件的選取 95
任務(wù)3 AGV 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 102
3. 1 任務(wù)概述 102
3. 2 任務(wù)目標(biāo) 103
3. 3 任務(wù)引入 103
3. 4 任務(wù)實(shí)施 103
3. 4. 1 控制系統(tǒng) 103
3. 4. 2 電路的設(shè)計(jì) 104
3. 4. 3 行走策略 105
3. 4. 4 傳感器采樣 106
3. 4. 5 控制策略 107
3. 4. 6 動(dòng)作類型 107
項(xiàng)目6 柔性制造系統(tǒng) 109
任務(wù)1 柔性制造系統(tǒng)認(rèn)知 109
1. 1 任務(wù)概述 109
1. 2 任務(wù)目標(biāo) 109
1. 3 任務(wù)引入 109
1. 4 任務(wù)實(shí)施 110
1. 4. 1 柔性制造系統(tǒng)工作流程 110
1. 4. 2 六自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人 111
1. 4. 3 流水線 112
1. 4. 4 電氣控制系統(tǒng) 116
任務(wù)2 柔性制造系統(tǒng)安裝與調(diào)試 118
2. 1 任務(wù)概述 118
2. 2 任務(wù)目標(biāo) 118
2. 3 任務(wù)引入 119
2. 4 任務(wù)實(shí)施 119
2. 4. 1 軟件安裝 119
2. 4. 2 柔性制造系統(tǒng)設(shè)備安裝 119
2. 4. 3 系統(tǒng)測(cè)試運(yùn)行 121
任務(wù)3 柔性制造物品視覺識(shí)別 122
3. 1 任務(wù)概述 122
3. 2 任務(wù)目標(biāo) 122
3. 3 任務(wù)引入 122
3. 4 任務(wù)實(shí)施 126
3. 4. 1 硬件連接 126
3. 4. 2 軟件調(diào)試及安裝 126
3. 4. 3 實(shí)驗(yàn)操作步驟 126
課后練習(xí) 127
參考文獻(xiàn) 128
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