本書以典型機器人的結構和應用為主線，系統(tǒng)介紹了典型工業(yè)機器人相關基礎知識及項目應用。全書分六個項目，包括直角坐標碼垛機器人、四自由度SCARA機器人、六自由度關節(jié)機器人、并聯(lián)加工機器人、AGV機器人，后以一個綜合多種機器人具體應用的柔性制造系統(tǒng)作為全書的總結項目予以介紹。全書基于工作過程，以項目驅動為導引，內容力求豐富、結構力求清晰、圖文并茂、力求言簡意賅、通俗易懂。通過本書的學習可以使讀者快速掌握典型應用作為項目驅動的常用工業(yè)機器人系統(tǒng)設計與調試方法。本書適用于可以作為普通高等院校機電專業(yè)教材，也可以作為從事機械電子、機器人理論與實踐研究人員以及從事工業(yè)機器人應用開發(fā)、調試、現(xiàn)場維護工程技術人員的參考書。
目前,為適應國家大力發(fā)展職業(yè)教育的新形勢,深入貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》中關于實施“職業(yè)院校教師素質提高計劃”的精神,發(fā)揮職教師資的培養(yǎng)優(yōu)勢和特色,編者通過對職業(yè)院校和企業(yè)的廣泛調研,針對機電技術教育專業(yè)培養(yǎng)職教師資的社會需求,努力構建既能體現(xiàn)機電一體化技術理論與技能,又能充分體現(xiàn)師范技能與教師素質培養(yǎng)要求的培養(yǎng)標準與培養(yǎng)方案,構建一種緊密結合本專業(yè)人才培養(yǎng)需要的一體化課程體系,基于CDIO開發(fā)核心課程與相應特色教材,為我國職業(yè)教育的發(fā)展做出貢獻。
本書是以職業(yè)能力培養(yǎng)為核心,融合生產實際中的工作任務,基于工作過程、項目驅動進行開發(fā)編寫的。本書打破了課程的學科體系,打破了理論教學和實踐教學的界限,以綜合性工業(yè)機器人任務為載體,把相關知識點嵌入到每個項目的每個任務中,通過各項目及其漸進的工作任務來講述工業(yè)機器人技術和應用,工作任務需要什么就講什么、就練習什么,突出了專業(yè)實踐能力和專業(yè)實踐問題解決能力的培養(yǎng)。
本書分為6個項目,基于工作過程,以項目驅動方式作為本書的編寫主線,從不同的工業(yè)機器人應用出發(fā),以典型的機器人設計及開發(fā)過程為主線,介紹了6種不同類型的現(xiàn)場型工業(yè)機器人的具體設計及應用場景。項目1主要是從最簡單的工業(yè)機器人出發(fā),結合所涉及的電氣控制及相關元器件的使用方法,并根據(jù)所設計的直角坐標系機器人的結構特點設置了搬運碼垛的具體應用場景,并予以實施。項目2主要從四自由度SCARA機器人的工業(yè)應用為目的出發(fā),介紹了此類機器人的軟硬件結構及特點,從項目開始,即將機器人運動學引入到教材中,針對本科生所學習過的機器人學課程進行理論知識的強化與計算,將SCARA機器人的軌跡規(guī)劃作為主要的應用對象,使讀者能切身體會到機器人理論對機器人應用的具體指導作用。項目3本著熟悉與掌握開放式運動控制理論的角度出發(fā),把六自由度機器人的硬件與運動算法作為機器人示教運行的兩個基本任務,通過前兩個任務的完成進而完成第3個任務,再通過第3個任務的完成反過來驗證前兩個任務的正確性,最后從工業(yè)實際的角度出發(fā),介紹了此類機器人在工程應用中的具體注意事項,達到理論與實際相結合、實驗與工程Ⅶ..........相結合的目的。項目4主要介紹了一種新型的并聯(lián)機器人,從并聯(lián)機器人的硬件設計及軟件編程兩個方面進行任務化驅動,最終以并聯(lián)機器人的加工作為檢驗并聯(lián)機器人軟件硬件設計的依據(jù),通過對典型零件的加工,進一步擴展了工業(yè)機器人的應用范圍,有助于讀者將工業(yè)機器人技術與其他工業(yè)控制技術相融合,做到舉一反三。項目5介紹了機器人系統(tǒng)中應用廣泛的一種AGV小車,以項目驅動的形式介紹了AGV小車的機械結構及電氣控制系統(tǒng)的設計過程。本項目的任務驅動主要從AGV本身固有的開發(fā)特點出發(fā),以典型的機器人一體化技術組成作為整個項目的擴展主線,將機械結構設計、運動學計算及路徑與軌跡規(guī)劃相結合,進而通過一個項目向讀者展示了AGV機器人的設計原理與工程實現(xiàn)過程。項目6為綜合項目,結合了機器人、視頻軟件、AGV、傳送帶等裝備,展現(xiàn)給讀者的是一個綜合實例,并將其中的內容以項目驅動的形式進行了分割,既保證了技術的完整性又不失為一個可以作為全書內容展示的總結性項目。
本書是由教育部財政部職業(yè)院校教師素質提高計劃職教師資培養(yǎng)資源開發(fā)項目(項目編號:VTNE016)資助的《機電技術教育》專業(yè)核心課程教材開發(fā)成果。本書由天津職業(yè)技術師范大學孫宏昌、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)技術師范大學機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)技術師范大學機電工程系、機器人及智能裝備研究所和天津博諾智創(chuàng)機器人技術有限公司的大力支持和幫助,在此深表謝意。
由于編者學術水平所限,改革探索經驗不足,書中難免存在不妥之處,懇請專家和讀者不吝賜教,多加批評、指正。
編者
出版說明
前言
項目1 直角坐標碼垛機器人 1
任務1 直角坐標碼垛機器人系統(tǒng)認知 1
1. 1 任務概述 1
1. 2 任務目標 1
1. 3 任務引入 1
1. 4 任務實施 1
1. 4. 1 直角坐標碼垛機器人簡述 1
1. 4. 2 關節(jié)型碼垛機器人簡述 3
1. 4. 3 碼垛機器人兩大類型特點及應用比較 3
1. 4. 4 BNRT-CACS3 型直角坐標碼垛機器人系統(tǒng)組成 4
1. 4. 5 BNRT-CACS3 型直角坐標碼垛機器人部件功能與使用 5
任務2 直角坐標碼垛機器人系統(tǒng)調試與訓練案例 11
2. 1 任務概述 11
2. 2 任務目標 11
2. 3 任務引入 11
2. 4 任務實施 11
2. 4. 1 BNRT-CACS3 型直角坐標碼垛機器人接線準則 11
2. 4. 2 BNRT-CACS3 型直角坐標碼垛機器人調試訓練 13
2. 4. 3 BNRT-CACS3 型直角坐標碼垛機器人系統(tǒng)工作訓練 13
任務3 直角坐標碼垛機器人井式供料單元訓練案例 14
3. 1 任務概述 14
3. 2 任務目標 14
3. 3 任務引入 14
3. 4 任務實施 14
3. 4. 1 用PLC 實現(xiàn)兩個常開按鈕和兩個磁性開關對推料電磁閥的控制 14
3. 4. 2 用PLC 實現(xiàn)貨物有無檢測報警的控制 16
任務4 直角坐標碼垛機器人旋轉編碼器定位操作訓練案例 18
4. 1 任務概述 18
4. 2 任務目標 18
Ⅸ ..........
4. 3 任務引入 19
4. 4 任務實施 19
任務5 直角坐標碼垛機器人日常維護與常見故障排除案例 24
5. 1 任務概述 24
5. 2 任務目標 24
5. 3 任務引入 24
5. 4 任務實施 24
5. 4. 1 直角坐標碼垛機器人常見故障排除 24
5. 4. 2 BNRT-CACS3 型直角坐標碼垛機器人維護和保養(yǎng) 25
項目2 四自由度SCARA 機器人 27
任務1 SCARA 機器人路徑軌跡規(guī)劃 27
1. 1 任務概述 27
1. 2 任務目標 27
1. 3 任務引入 27
1. 4 任務實施 28
1. 4. 1 機器人的位姿描述 28
1. 4. 2 齊次變換及運算 28
1. 4. 3 機器人運動學方程 32
1. 4. 4 SCARA 機器人運動學模型 36
任務2 SCARA 裝配機器人的控制系統(tǒng) 42
2. 1 任務概述 42
2. 2 任務目標 42
2. 3 任務引入 42
2. 4 任務實施 43
2. 4. 1 運動控制系統(tǒng)的硬件部分 43
2. 4. 2 運動控制系統(tǒng)的軟件部分 46
項目3 六自由度關節(jié)機器人 48
任務1 六自由度模塊化關節(jié)機器人硬件系統(tǒng) 48
1. 1 任務概述 48
1. 2 任務目標 48
1. 3 任務引入 48
1. 4 任務實施 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 六自由度模塊化關節(jié)機器人結構 50
任務2 六自由度模塊化關節(jié)機器人示教編程與控制案例 52
Ⅹ..........
2. 1 任務概述 52
2. 2 任務目標 52
2. 3 任務引入 52
2. 4 任務實施 53
2. 4. 1 機器人正/逆運動學的D-H 方法 53
2. 4. 2 正運動學 54
2. 4. 3 逆運動學 56
2. 4. 4 機器人示教—再現(xiàn)過程 57
2. 4. 5 六自由度模塊化關節(jié)機器人示教過程 57
任務3 六自由度模塊化關節(jié)機器人常見故障案例 63
3. 1 任務概述 63
3. 2 任務目標 63
3. 3 任務引入 63
3. 4 任務實施 63
3. 4. 1 六自由度模塊化關節(jié)機器人操作規(guī)程 63
3. 4. 2 六自由度模塊化關節(jié)機器人常見故障 64
3. 4. 3 六自由度模塊化關節(jié)機器人日常維護 64
項目4 并聯(lián)機器人 67
任務1 并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)構建案例 67
1. 1 任務概述 67
1. 2 任務目標 67
1. 3 任務引入 67
1. 4 任務實施 68
1. 4. 1 控制系統(tǒng)方案設計 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2 并聯(lián)機器人軟件系統(tǒng)開發(fā)案例 70
2. 1 任務概述 70
2. 2 任務目標 71
2. 3 任務引入 71
2. 4 任務實施 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 設計控制系統(tǒng)軟件人機界面 74
任務3 并聯(lián)機器人加工案例 80
3. 1 任務概述 80
3. 2 任務目標 80
3. 3 任務引入 80
Ⅺ ..........
3. 4 任務實施 80
3. 4. 1 刀具補償數(shù)量級的確定 80
3. 4. 2 3D 刀具半徑補償?shù)姆较? 81
3. 4. 3 3D 刀具補償執(zhí)行過程 81
3. 4. 4 3D 刀具偏移軌跡驗證 82
項目5 AGV 小車 84
任務1 AGV 小車系統(tǒng)認知 84
1. 1 任務概述 84
1. 2 任務目標 84
1. 3 任務引入 84
1. 4 任務實施 85
1. 4. 1 AGV 小車概述 85
1. 4. 2 AGV 小車的結構組成 86
1. 4. 3 AGV 小車導引原理 88
1. 4. 4 AGV 小車的主要技術參數(shù) 89
1. 4. 5 物流信息管理系統(tǒng) 90
任務2 AGV 小車機械結構設計 90
2. 1 任務概述 90
2. 2 任務目標 91
2. 3 任務引入 91
2. 4 任務實施 91
2. 4. 1 AGV 系統(tǒng)結構設置與動力學建模 91
2. 4. 2 AGV 中機械部分主要零件的選取 95
任務3 AGV 電氣系統(tǒng)設計 102
3. 1 任務概述 102
3. 2 任務目標 103
3. 3 任務引入 103
3. 4 任務實施 103
3. 4. 1 控制系統(tǒng) 103
3. 4. 2 電路的設計 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 動作類型 107
項目6 柔性制造系統(tǒng) 109
任務1 柔性制造系統(tǒng)認知 109
1. 1 任務概述 109
1. 2 任務目標 109
1. 3 任務引入 109
1. 4 任務實施 110
1. 4. 1 柔性制造系統(tǒng)工作流程 110
1. 4. 2 六自由度關節(jié)型機器人 111
1. 4. 3 流水線 112
1. 4. 4 電氣控制系統(tǒng) 116
任務2 柔性制造系統(tǒng)安裝與調試 118
2. 1 任務概述 118
2. 2 任務目標 118
2. 3 任務引入 119
2. 4 任務實施 119
2. 4. 1 軟件安裝 119
2. 4. 2 柔性制造系統(tǒng)設備安裝 119
2. 4. 3 系統(tǒng)測試運行 121
任務3 柔性制造物品視覺識別 122
3. 1 任務概述 122
3. 2 任務目標 122
3. 3 任務引入 122
3. 4 任務實施 126
3. 4. 1 硬件連接 126
3. 4. 2 軟件調試及安裝 126
3. 4. 3 實驗操作步驟 126
課后練習 127
參考文獻 128
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