工业机器人作业系统集成开发与应用——实战及案例

第1章　工业机器人发展概述 001

　　1.1　工业机器人简介 001

　　1.2　工业机器人发展现状 002

　　　　1.2.1　国外工业机器人发展现状 002

　　　　1.2.2　国内工业机器人发展现状 007

　　1.3　工业机器人关键零部件现状 011



第2章　工业机器人应用概述 014

　　2.1　在弧焊领域的应用 014

　　2.2　在搬运领域的应用 016

　　2.3　在码垛领域的应用 018

　　2.4　在装配领域的应用 019

　　2.5　在折弯领域的应用 021

　　2.6　在磨抛领域的应用 022

　　2.7　在协作领域的应用 024

　　2.8　在切割下料领域的应用 025

　　2.9　在喷涂点胶领域的应用 027

　　2.10　在点焊领域的应用 029

　　2.11　在机床上下料领域的应用 030

　　2.12　在零件检测领域的应用 032

　　2.13　在3C产业的应用 033

　　2.14　在传统行业新的应用 034



第3章　机器人作业系统中常用子系统介绍 037

　　3.1　常用移动系统 037

　　3.2　常用变位系统 043

　　　　3.2.1　单轴变位机 043

　　　　3.2.2　两轴变位机 044

　　　　3.2.3　三轴变位机 046

　　　　3.2.4　五轴变位机 047

　　3.3　常用弧焊系统 049

　　　　3.3.1　弧焊系统电源 049

　　　　3.3.2　送丝机 050

　　　　3.3.3　焊枪 051

　　　　3.3.4　弧焊的主要工艺 052

　　3.4　常用点焊系统 053

　　　　3.4.1　常用的点焊设备 053

　　　　3.4.2　点焊工艺参数的选择 055

　　　　3.4.3　常用金属点焊前的清理准备 056

　　3.5　常用磨抛系统 057

　　　　3.5.1　机器人抛光系统 057

　　　　3.5.2　机器人打磨系统 058

　　　　3.5.3　机器人切割加工系统 059

　　3.6　常用切割下料系统 061

　　　　3.6.1　等离子切割系统 061

　　　　3.6.2　激光切割系统 064

　　3.7　常用喷涂与点胶系统 068

　　　　3.7.1　点胶系统 068

　　　　3.7.2　喷涂系统 069

　　　　3.7.3　喷涂和点胶系统的注意事项 070

　　　　3.7.4　粉末喷涂系统 070

　　3.8　机器人系统中常用输送系统 071

　　　　3.8.1　皮带输送线 072

　　　　3.8.2　链板输送线 073

　　　　3.8.3　链条输送线 073

　　　　3.8.4　滚筒输送线 074

　　　　3.8.5　物流智能分拣输送线 075

　　3.9　机器人系统中常用气动系统 076

　　　　3.9.1　气动系统的一般组成 076

　　　　3.9.2　常见的典型气路系统 077

　　　　3.9.3　常用的执行元件 078

　　　　3.9.4　气动辅助元件 079

　　　　3.9.5　常用的电磁阀和传感器 079

　　3.10　机器人系统中常用液压系统 080

　　　　3.10.1　动力元件 081

　　　　3.10.2　执行元件 081

　　　　3.10.3　控制元件 082

　　　　3.10.4　辅助元件 082

　　　　3.10.5　液压油 083

　　　　3.10.6　液压系统的优缺点 083

　　3.11　机器人系统中常用视觉系统 083

　　　　3.11.1　CCD图像视觉 084

　　　　3.11.2　激光视觉 084

　　　　3.11.3　3D结构光视觉 087

　　3.12　机器人系统中常用排烟除尘系统 087

　　　　3.12.1　油雾收集器 088

　　　　3.12.2　集中式烟雾颗粒除尘系统 089

　　　　3.12.3　小型除尘设备 089

　　3.13　机器人系统中常用电控系统 090

　　　　3.13.1　低压电器 090

　　　　3.13.2　PLC控制系统 091

　　　　3.13.3　工控机控制系统 093

　　　　3.13.4　通信协议 094

　　　　3.13.5　安全控制 095



第4章　机器人作业系统中常用零部件品牌介绍 096

　　4.1　移动及变位系统中常用标准件品牌 096

　　　　4.1.1　线性导轨及滚珠丝杆品牌 097

　　　　4.1.2　RV减速器品牌 098

　　　　4.1.3　行星减速器品牌 100

　　　　4.1.4　谐波减速器品牌 102

　　　　4.1.5　普通减速器品牌 103

　　　　4.1.6　齿轮齿条品牌 105

　　4.2　机器人弧焊系统品牌 105

　　　　4.2.1　焊接电源品牌 105

　　　　4.2.2　送丝机、防碰撞传感器、焊枪、清枪站品牌 107

　　4.3　机器人切割下料系统品牌 108

　　　　4.3.1　等离子切割电源及配件品牌 108

　　　　4.3.2　激光切割品牌 109

　　4.4　机器人喷涂点胶系统品牌 111

　　4.5　机器人系统常用输送线设备品牌 112

　　4.6　机器人系统常用气动产品品牌 113

　　4.7　机器人系统常用液压产品品牌 115

　　4.8　机器人系统常用传感器及视觉系统品牌 117

　　　　4.8.1　激光视觉品牌 117

　　　　4.8.2　图像视觉品牌 119

　　4.9　机器人系统常用传感器品牌 120

　　4.10　机器人系统常用伺服电机和PLC品牌 122

　　4.11　机器人系统常用低压电器品牌 124

　　4.12　品牌之间的匹配原则和具体示例 125

　　　　4.12.1　国内军用或项目匹配示例 126

　　　　4.12.2　国内中大型企业或上市企业项目匹配示例 127

　　　　4.12.3　国内中小型企业项目匹配示例 127

　　　　4.12.4　国内小型企业项目匹配示例 128



第5章　机器人作业系统设计制造过程中的注意事项 130

　　5.1　机器人系统工装夹具及抓手的设计要点 130

　　　　5.1.1　机器人地轨移动系统的设计要点 130

　　　　5.1.2　机器人龙门移动系统的设计要点 131

　　　　5.1.3　变位机系统的设计要点 132

　　　　5.1.4　夹具设计要点 133

　　　　5.1.5　机器人抓手 135

　　　　5.1.6　其他辅助设施的设计要点 136

　　5.2　机器人系统设计的常用方法 137

　　　　5.2.1　工作站的三维设计 138

　　　　5.2.2　可达性仿真 138

　　　　5.2.3　关键部件的有限元分析 138

　　5.3　机器人系统加工件的一般精度要求 142

　　　　5.3.1　加工精度 142

　　　　5.3.2　表面质量 144

　　5.4　机器人系统加工件的材料及处理要点 147

　　　　5.4.1　材料的选择 148

　　　　5.4.2　材料处理的方法 150

　　5.5　机器人系统零部件的检验检测方法 152

　　　　5.5.1　质量检验体系 152

　　　　5.5.2　检验方法的分类 154

　　　　5.5.3　机器人系统零部件的检验内容 157

　　　　5.5.4　机器人系统零部件的检验方法 157

　　5.6　机器人系统装配调试要点 158

　　　　5.6.1　安装调试前的准备工作 159

　　　　5.6.2　公司内部的安装初调 160

　　　　5.6.3　客户现场的安装、调试、交付工作 160

　　　　5.6.4　影响设备精度的因素及其控制方法 161

　　　　5.6.5　设备安装时的协调管理 163

　　5.7　机器人系统使用注意事项 164

　　　　5.7.1　机器人系统安全注意事项 164

　　　　5.7.2　机器人系统操作注意事项 165

　　　　5.7.3　机器人系统电气注意事项 166

　　　　5.7.4　机器人系统保养及维护相关注意事项 166

　　5.8　通常执行的设计和试样检验标准 167

　　　　5.8.1　机器人系统中通常采用的设计标准 169

　　　　5.8.2　机器人系统中通常采用的制造标准 169

　　　　5.8.3　机器人系统中通常采用的检验标准 170

　　5.9　图纸的管理及相关流程 170

　　　　5.9.1　图纸本身的设计要素 171

　　　　5.9.2　图纸的管理 171

　　　　5.9.3　图档管理的相关流程 172



第6章　机器人作业系统的安全防护及监控措施 173

　　6.1　机器人系统设备的安全规定 173

　　　　6.1.1　机器人系统设备操作使用的安全规定 174

　　　　6.1.2　机器人系统设备检修时的安全规定 175

　　6.2　机器人系统设备上的安全标志 175

　　6.3　机器人系统设备的物理防护 177

　　6.4　机器人系统设备的光电防护 178

　　6.5　机器人系统设备的监控措施 179

　　6.6　操作人员的安全意识 179



第7章　机器人作业系统相关的物流、信息等系统 181

　　7.1　工业4.0 181

　　7.2　ERP 182

　　7.3　MES 183

　　7.4　BI 184

　　7.5　AGV 185

　　7.6　Andon 186



第8章　机器人弧焊生产线实战案例 188



参考文献 217



后记 218

刘超，上海交通大学，助理研究员。主要从事工业机器人作业系统、视觉识别与图像处理、智能装备与智能制造、高精密伺服驱动与控制、人机协作与共融等方面的研究工作。在Mechatronics、Journal of System and control engineering、 International Journal of Machine Tools & Manufacture等中外期刊发表SCI/EI论文20余篇，申请发明专利近40项。主持和参加自然科学基金委员会、科技部及工信部项目10余项。设计开发的基于PC104总线、ISA总线、PCI总线及CPCI总线的嵌入式运动控制器已在数控、机器人等领域应用，并完成中厚板自动化弧焊、宽幅薄膜拼接、模锻夹打、硅钢片码垛等多条机器人自动化生产线的应用推广。