《工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)：結(jié)構(gòu)·控制·仿真·集成》是一本全面系統(tǒng)介紹工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的專業(yè)書(shū)籍。本書(shū)深入剖析了工業(yè)機(jī)器人的核心要素，從基礎(chǔ)理論到實(shí)踐操作，逐步展開(kāi)。內(nèi)容涵蓋工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程、基本概念、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)（含坐標(biāo)系、運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)）、傳感系統(tǒng)（包括內(nèi)外傳感器及多傳感器融合）、控制系統(tǒng)架構(gòu)與控制策略，以及多種典型工業(yè)機(jī)器人的操作技巧。此外，本書(shū)還詳細(xì)介紹了工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)，通過(guò)RobotStudio等主流軟件，幫助讀者掌握虛擬環(huán)境下機(jī)器人行為的模擬與優(yōu)化。同時(shí)，結(jié)合實(shí)際案例，如碼垛、焊接、裝配等工作站的設(shè)計(jì)與仿真，展現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的廣泛應(yīng)用與集成能力。最后，本書(shū)配備同步課件及拓展閱讀資源，可幫助讀者更快更好地學(xué)習(xí)本書(shū)，提升技能。
本書(shū)主要可供智能制造、機(jī)器人等相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員閱讀參考，也面向高等院校及職業(yè)院校智能制造工程、機(jī)器人工程及相關(guān)專業(yè)師生，可作為該專業(yè)領(lǐng)域的通識(shí)類教材。

1.本書(shū)理論與實(shí)踐內(nèi)容豐富，符合讀者的學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)流程，在打好基礎(chǔ)的同時(shí)，逐漸提升實(shí)踐與操作技能； 2.本書(shū)作者結(jié)合自身多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，編著此書(shū)，具有一定的系統(tǒng)性，在學(xué)習(xí)參考的同時(shí)，可掌握到作者的意圖； 3.本書(shū)內(nèi)容全面，圖文并茂，超厚一本，物超所值。

工業(yè)機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要智能裝備，被譽(yù)為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”。為擺脫低端制造的標(biāo)簽，中國(guó)非常重視工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展。近年來(lái)，隨著工業(yè)4.0及“中國(guó)制造2025”等概念的持續(xù)推進(jìn)，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)得到了較好的發(fā)展。
工業(yè)機(jī)器人是廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，具有一定的自動(dòng)性，可依靠自身的動(dòng)力能源和控制能力實(shí)現(xiàn)各種工業(yè)加工制造功能。工業(yè)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于電子、物流、化工等多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。
本書(shū)的寫(xiě)作條理清晰、要點(diǎn)突出，將工業(yè)機(jī)器人的軟硬件、仿真與系統(tǒng)集成進(jìn)行有序整合，闡述了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)及其應(yīng)用。全書(shū)共分為9章：第1章主要介紹工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展及其基本概念；第2章主要介紹工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成相關(guān)知識(shí)；第3章介紹了與工業(yè)機(jī)器人相關(guān)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，包括工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)系、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析；第4章介紹了工業(yè)機(jī)器人的傳感系統(tǒng)，包括內(nèi)部傳感器、外部傳感器和多傳感器融合等；第5章介紹了工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制方式、控制策略和運(yùn)動(dòng)控制等；第6章介紹了ABB、SCARA等典型工業(yè)機(jī)器人的基本操作方法；第7章介紹了工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真軟件的使用，主要介紹了RobotStudio和PQArt兩款軟件；第8章介紹了工業(yè)機(jī)器人的碼垛、焊接和裝配工作站，并利用軟件對(duì)碼垛工作進(jìn)行虛擬仿真。
 在本書(shū)的撰寫(xiě)過(guò)程中，參閱了一些圖書(shū)、論文以及其他形式的參考資料，并在書(shū)后的參考文獻(xiàn)中列出，以便讀者可以拓展閱讀。由于參考文獻(xiàn)較多，正文中未能一一詳細(xì)標(biāo)注，敬請(qǐng)?jiān)髡吆妥x者諒解。
由于筆者理論和技術(shù)水平有限，本書(shū)難免有不妥之處，敬請(qǐng)專家、同行等廣大讀者批評(píng)指正。

編著者

第1章工業(yè)機(jī)器人概述1
1.1機(jī)器人簡(jiǎn)介2
1.1.1機(jī)器人的發(fā)展歷程2
1.1.2機(jī)器人的定義13
1.2工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介14
1.2.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程14
1.2.2工業(yè)機(jī)器人的定義22
1.2.3工業(yè)機(jī)器人的分類22
1.2.4工業(yè)機(jī)器人的組成26
1.2.5工業(yè)機(jī)器人的核心部件28
1.2.6工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)29
1.2.7工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用30
1.2.8工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)33

第2章工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)35
2.1工業(yè)機(jī)器人的機(jī)身36
2.1.1回轉(zhuǎn)與升降型機(jī)身結(jié)構(gòu)36
2.1.2回轉(zhuǎn)與俯仰型機(jī)身結(jié)構(gòu)37
2.1.3直移型機(jī)身結(jié)構(gòu)37
2.1.4類人機(jī)器人型機(jī)身結(jié)構(gòu)38
2.2工業(yè)機(jī)器人的手臂38
2.2.1手臂的運(yùn)動(dòng)38
2.2.2手臂的分類38
2.2.3手臂設(shè)計(jì)要求39
2.2.4機(jī)器人機(jī)身和臂部的配置39
2.3工業(yè)機(jī)器人的手腕41
2.3.1手腕的基本形式41
2.3.2手腕的分類41
2.3.3手腕的柔順結(jié)構(gòu)43
2.4工業(yè)機(jī)器人的手部43
2.4.1手部的特點(diǎn)43
2.4.2手部的分類44
2.5工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)47
2.5.1驅(qū)動(dòng)方式47
2.5.2驅(qū)動(dòng)裝置48
2.5.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)58

第3章工業(yè)機(jī)器人的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)64
3.1工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軸與坐標(biāo)系65
3.1.1工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軸65
3.1.2工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)系65
3.2工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析68
3.2.1位置和姿態(tài)表示68
3.2.2坐標(biāo)變換71
3.2.3齊次坐標(biāo)變換72
3.2.4機(jī)器人空間連桿74
3.2.5工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)75
3.3工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)分析83
3.3.1工業(yè)機(jī)器人的速度雅可比83
3.3.2工業(yè)機(jī)器人的力雅可比86
3.3.3動(dòng)力學(xué)分析88
3.4Matlab Robotics工具包96
3.4.1基本函數(shù)使用方法96
3.4.2工具包中的運(yùn)動(dòng)學(xué)求解99
3.4.3工具包中的動(dòng)力學(xué)求解102

第4章工業(yè)機(jī)器人的傳感系統(tǒng)106
4.1傳感器概述107
4.1.1傳感器的定義107
4.1.2傳感器的組成107
4.1.3傳感器的作用107
4.2工業(yè)機(jī)器人內(nèi)部傳感器108
4.2.1位置傳感器108
4.2.2速度傳感器112
4.2.3加速度傳感器112
4.2.4傾斜角傳感器112
4.3工業(yè)機(jī)器人外部傳感器113
4.3.1視覺(jué)傳感器113
4.3.2觸覺(jué)傳感器115
4.3.3距離傳感器117
4.3.4力覺(jué)傳感器118
4.3.5碰撞傳感器119
4.4多傳感器信息融合119
4.4.1多傳感器信息融合的級(jí)別119
4.4.2多傳感器信息融合技術(shù)120
4.4.3多傳感器量測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理121
4.4.4多傳感器信息融合算法121
4.4.5多傳感器信息融合在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用122

第5章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)125
5.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)概述126
5.1.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)要素126
5.1.2工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)特點(diǎn)126
5.1.3工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)功能127
5.1.4工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)分類129
5.2工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)129
5.2.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)組成129
5.2.2工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)130
5.2.3工業(yè)機(jī)器人的控制器132
5.3工業(yè)機(jī)器人的控制方式137
5.3.1控制方式的分類137
5.3.2位置控制137
5.3.3速度控制138
5.3.4力（力矩）控制139
5.3.5智能控制139
5.4工業(yè)機(jī)器人的控制策略139
5.4.1自適應(yīng)控制140
5.4.2變結(jié)構(gòu)控制140
5.4.3魯棒控制140
5.4.4智能控制141
5.5工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制142
5.5.1路徑規(guī)劃142
5.5.2軌跡規(guī)劃144
5.5.3Matlab Robotics工具包中的軌跡規(guī)劃146

第6章工業(yè)機(jī)器人的基本操作149
6.1工業(yè)機(jī)器人的編程150
6.1.1編程任務(wù)150
6.1.2在線示教151
6.1.3離線編程151
6.2ABB工業(yè)機(jī)器人的基本操作153
6.2.1ABB工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介153
6.2.2ABB工業(yè)機(jī)器人示教器的使用156
6.2.3ABB工業(yè)機(jī)器人的手動(dòng)操作162
6.2.4ABB工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系的建立166
6.2.5ABB工業(yè)機(jī)器人的通信172
6.2.6ABB工業(yè)機(jī)器人的編程173
6.3SCARA機(jī)器人的基本操作178
6.3.1SCARA機(jī)器人簡(jiǎn)介178
6.3.2SCARA機(jī)器人系統(tǒng)180
6.3.3SCARA機(jī)器人示教器的使用183
6.3.4SCARA機(jī)器人的編程191
6.4Delta機(jī)器人的基本操作196

第7章工業(yè)機(jī)器人的虛擬仿真197
7.1工業(yè)機(jī)器人的虛擬仿真軟件197
7.1.1RobotStudio198
7.1.2PQArt199
7.2RobotStudio199
7.2.1RobotStudio的特點(diǎn)199
7.2.2機(jī)器人系統(tǒng)的創(chuàng)建與調(diào)試200
7.2.3RobotStudio的離線編程220
7.3基于PQArt的工業(yè)機(jī)器人仿真242

第8章工業(yè)機(jī)器人工作站243
8.1概述243
8.1.1工業(yè)機(jī)器人工作站組成與設(shè)計(jì)243
8.1.2工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)線246
8.2工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)分析247
8.2.1碼垛機(jī)器人工作站247
8.2.2焊接機(jī)器人工作站251
8.2.3裝配機(jī)器人工作站260
8.3工業(yè)機(jī)器人碼垛工作站虛擬仿真263
8.3.1機(jī)器人吸盤(pán)的創(chuàng)建263
8.3.2傳送帶組件的創(chuàng)建275
8.3.3放置工件路徑的創(chuàng)建282
8.3.4程序的編寫(xiě)286

第9章工業(yè)機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用293
9.1加工企業(yè)包裝流水線雙垛型高速碼垛系統(tǒng)293
9.2工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用293

參考文獻(xiàn)295