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工业机器人技术与应用

书号:9787113309398 套系名称:“十四五”职业教育人工智能技术应用专业系列教材

作者:周斌斌 周苏 出版日期:2024-12-01

定价:49.80 页码 / 开本:无 /16

策划编辑:汪敏 责任编辑:汪敏 彭立辉

适用专业:电子信息类 适用层次:高职教育

最新印刷时间:2024-12-01

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内容简介 前言 目录 作者介绍 图书特色
  • 本书针对职业院校人才培养需求,根据人工智能技术和工业机器人技术的最新发展,依托国家对新职业的规范要求编写而成。全书共分15课,包括机器人的概述、工业机器人技术基础、专业生产工具、岗位安全操作、职业管理法律常识、机械装配准备、机械系统总装、识别系统部件、系统操作与设置、示教与再现、控制工业机器人、工业机器人操作指令、工业机器人系统保养、工业机器人系统维护、常见故障处
    理等。
    本书理论与实践并进,结合大量实用易懂的案例进行讲解,重视培养读者的学习方法,可使读者切实理解和掌握工业机器人的相关知识与应用技能。
    本书适合作为高等职业教育人工智能技术应用专业的教材,也可作为中等职业教育工业机器人技术应用专业的教材,还可供对人工智能相关领域感兴趣的读者阅读参考。
  • 工业机器人,即面向工业领域的机器人,是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置。它具有一定的自动性,可对三个或三个以上的轴进行重复编程,可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能。工业机器人是多用途的固定或移动式操作机,工业机器人系统是由工业机器人、末端执行器以及使机器人完成其任务所需的任何机械、设备、装置、外部辅助轴或传感器构成。
    为规范从业者的工作行为,引导职业教育培训的方向,为职业技能鉴定提供依据,依据《中华人民共和国劳动法》,适应经济社会发展和科技进步的客观需要,立足培育智能制造高技能应用人才,人力资源和社会保障部、工业和信息化部制定了《工业机器人系统操作员国家职业技能标准(2020年版)》和《工业机器人系统运维员国家职业技能标准(2020年版)》(以下统称“标准”)。标准依据有关规定将工业机器人操作员职业、工业机器人运维员职业划分为四级/中级工、三级/高级工、二级/技师、一级/高级技师四个等级。
    标准对工业机器人系统操作员的职业定义是:使用示教器、操作面板等人机交互设备及相关机械工具,对工业机器人及其工作站或系统进行装配、编程、调试、工艺参数更改、工装夹具更换及其他辅助作业的人员。工业机器人系统运维员的职业定义是:使用工具、量具、检测仪器及设备,对工业机器人及其工作站或系统进行数据采集、状态监测、故障分析与诊断、维修及预防性维护与保养作业的人员。
    从事本职业岗位工作的能力特征包括:具有较强的学习、表达、计算、操作和逻辑思维能力,具有一定的空间感、形体知觉,色觉正常,手指、手臂灵活,动作协调性强。
    本书主要根据标准规定的四级/中级工和三级/高级工的工业机器人操作员和工业机器人运维员组织学习内容。本书涉及内容广泛,知识结构新颖,符合标准对岗位的知识和能力要求,比较系统、全面地介绍了工业机器人技术与应用知识和技能,包括机器人概述、工业机器人技术基础、专业生产工具、岗位安全操作、职业管理法律常识、机械装配准备、机械系统总装、识别系统部件、系统操作与设置、示教与再现、控制工业机器人、工业机器人操作指令、工业机器人系统保养、工业机器人系统维护、常见故障处理等共15课。
    本书每课都做了以下安排:
    (1)解释基本原理,让读者切实理解和掌握工业机器人的相关知识与应用技能。
    (2)通过实用易懂的案例,丰富读者的基本理论知识,重视培养学习方法。
    (3)理论与实践并进,为读者提供可自我评价的作业和实训操作。附录给出了作业参考答案。
    ■ 课程进度安排
    本课程的教学进度设计见《课程教学进度表》,供教师授课和读者学习参考。
    ■ 建议测评手段
    本课程的教学评测可以从以下几方面入手:
    (1)结合每课的课后作业(四选一标准选择题每课20道,15组)进行测评。
    (2)结合每课的课后实训操作(15项)进行测评。
    (3)结合平时学习考勤记录进行测评。
    (4)任课老师认为必要的其他考核方法。
    本书中的工业机器人操作指令及其相关操作界面以埃斯顿ER系列工业机器人为例进行讲解。各种不同型号的工业机器人产品都有丰富的指令系统,但它们在功能实现上基本一致,仅在指令格式上略有差异。
    本书由周斌斌、周苏任主编。在编写过程中,编者得到嘉兴技师学院、浙大城市学院、浙江安防职业技术学院、嘉善技师学院、加西贝拉科技服务有限公司、杭州汇萃智能科技有限公司等多所院校、企业同仁的支持,孟祥宇、原瑞彬、裘浙东、戴黄峰、虞嘉丞、浦建峰、王鹏飞、夏群良、胡根林、
    王金超、王晨超、董正桥、李向阳、林晗清、贺彬等参与了本书的部分编写工作,在此一并表示感谢!
    由于时间仓促,加之编者水平有限,书中疏漏与不妥之处在所难免,恳请读者批评指正。欢迎教师索取本书配套教学资料并进行交流(E-mail:
    zhousu@qq.com;QQ:81505050)。
    编 者
    2024年1月
  • 目 录
    
    1.1 机器人的发展 .........................................................................1
    1.1.1 古代机器人 .......................................................................2
    1.1.2 机器马车 ..........................................................................2
    1.1.3 达·芬奇的人形机器人 .......................................................3
    1.1.4 娱乐机器人 .......................................................................3
    1.1.5 家庭机器人 .......................................................................5
    1.2 机器人的定义 .........................................................................6
    1.3 图灵测试 ................................................................................7
    1.4 机器人三原则 .........................................................................8
    1.5 机器人的分类 .........................................................................8
    1.6 现代机器人 ............................................................................9
    1.6.1 机器人的手 .......................................................................9
    1.6.2 机器人的眼睛 ..................................................................10
    1.6.3 机器识别物体 ..................................................................10
    作业  ............................................................................................10
    【实训操作】熟悉机器人及其发展 .....................................................12
    
    
    2.1 工业机器人的历史 ..................................................................13
    2.1.1 工业机器人诞生 ...............................................................14
    2.1.2 工业机器人创新发展 ........................................................15
    2.1.3 太空机器人 .....................................................................16
    2.1.4 射波刀机器人 ..................................................................17
    2.1.5 国产工业机器人发展 ........................................................17
    2.2 工业机器人的特点 ..................................................................18
    2.3 工业机器人常用类型...............................................................20
    2.4 工业机器人关键技术 ..............................................................20
    2.4.1 本体设计技术 ..................................................................21
    2.4.2 电机伺服技术 ..................................................................21
    2.4.3 控制技术 ........................................................................22
    2.5 工业机器人核心应用 ..............................................................23
    2.6 工业机器人发展趋势 ..............................................................25
    作业  ............................................................................................26
    【实训操作】考察工业机器人及其发展 ..............................................28
    
    
    3.1 电工常用工具及仪表 ...............................................................29
    3.1.1 低压验电器 .....................................................................29
    3.1.2 电工钳子 ........................................................................30
    3.1.3 电烙铁 ............................................................................31
    3.1.4 数字万用表 .....................................................................32
    3.1.5 钳形表 ............................................................................33
    3.1.6 兆欧表 ............................................................................34
    3.1.7 其他电工工具 ..................................................................35
    3.2 控制柜维护工具 .....................................................................37
    3.2.1 热风枪 ............................................................................37
    3.2.2 TORX星形螺丝刀 ............................................................38
    3.2.3 PZ头螺钉和PH螺钉 .......................................................38
    3.3 本体维护工具 ........................................................................38
    作业  ............................................................................................40
    【实训操作】熟悉并熟练使用专用工具 ..............................................42
    
    
    4.1 工业机器人安全分析 ..............................................................43
    4.1.1 识别危险源 .....................................................................44
    4.1.2 风险评价 ........................................................................45
    4.2 工业机器人安全问题 ..............................................................45
    4.2.1 人员安全 ........................................................................46
    4.2.2 系统安全 ........................................................................47
    4.2.3 安装及配线安全 ...............................................................47
    4.2.4 作业区安全 .....................................................................48
    4.2.5 操作与维护安全 ...............................................................49
    4.3 工业机器人安全标志 ..............................................................50
    4.4 工业机器人安保机制 ..............................................................52
    4.4.1 安全操作措施 ..................................................................53
    4.4.2 工业机器人停止类别 ........................................................54
    4.5 工业机器人作业标准 ..............................................................54
    4.5.1 安全规范 ........................................................................55
    4.5.2 安全与职业培训 ...............................................................56
    4.5.3 国标《工业机器人安全实施规范》 .......................................57
    作业  ............................................................................................58
    【实训操作】掌握工业机器人岗位安全操作要求 .................................60
    
    
    5.1 劳动法 ..................................................................................62
    5.1.1 促进就业 ........................................................................62
    5.1.2 劳动合同.........................................................................63
    5.1.3 劳动安全卫生 ..................................................................63
    5.1.4 劳动争议 ........................................................................64
    5.2 劳动合同法 ...........................................................................64
    5.2.1 基本原则 ........................................................................64
    5.2.2 订立劳动合同 ..................................................................64
    5.2.3 竞业约定 ........................................................................65
    5.2.4 劳动合同履行 ..................................................................65
    5.3 质量管理方法 ........................................................................66
    5.3.1 人的因素 .........................................................................66
    5.3.2 机器设备与物料管理 ........................................................66
    5.3.3 方法与环境 .....................................................................67
    5.4 产品质量法 ...........................................................................67
    5.4.1 产品质量监督 ..................................................................68
    5.4.2 产品质量责任和义务 ........................................................68
    5.4.3 损害赔偿 ........................................................................69
    5.5 安全生产法 ...........................................................................69
    5.6 环境保护法 ...........................................................................70
    5.6.1 保护和改善环境 ...............................................................70
    5.6.2 信息公开和公众参与 ........................................................71
    5.7 知识产权与专利 .....................................................................71
    5.7.1 知识产权的概念 ...............................................................71
    5.7.2 专利概念及特点 ...............................................................72
    5.7.3 专利的类型 .....................................................................72
    作业  ............................................................................................73
    【实训操作】熟悉职业生涯法律法规常识 ...........................................75
    
    
    6.1 装配工艺及要求 .....................................................................77
    6.1.1 装配的概念 .....................................................................78
    6.1.2 机械装配常用方法 ............................................................79
    6.1.3 装配前的准备 ..................................................................79
    6.1.4 装配基本规范 ..................................................................80
    6.1.5 装配连接方法 ..................................................................81
    6.1.6 装配检查 ........................................................................82
    6.2 装配及其密封性 .....................................................................82
    6.2.1 装配中的密封性 ...............................................................82
    6.2.2 轴承的装配 .....................................................................83
    6.2.3 电机、减速器的装配 ........................................................84
    6.2.4 气动元件的装配 ...............................................................85
    6.3 装配系统图绘制及用途 ...........................................................86
    6.3.1 装配图的内容 ..................................................................87
    6.3.2 装配图编零件序号 ............................................................87
    6.3.3 装配图的尺寸 ..................................................................87
    6.4 制定装配工艺规程 ..................................................................88
    6.4.1 制定装配工艺规程基本原则 ...............................................88
    6.4.2 装配工艺规程内容 ............................................................88
    6.4.3 装配工艺规程文件的整理与编写 ........................................89
    6.5 机械装配的工具与工装夹具 .....................................................89
    6.5.1 不同装配工艺使用的工具 ..................................................89
    6.5.2 夹具选择与工件装夹方法 ..................................................90
    作业  ............................................................................................91
    【实训操作】熟悉机械装配准备作业 .................................................93
    
    
    7.1 机械臂基本结构 .....................................................................94
    7.2 工业机器人技术参数 ..............................................................95
    7.2.1 自由度 ............................................................................95
    7.2.2 重复定位精度 ..................................................................96
    7.2.3 工作范围  .......................................................................96
    7.2.4 最大工作速度 ..................................................................97
    7.2.5 承载能力 ........................................................................97
    7.3 产品确认 ...............................................................................97
    7.4 安装场所与位置 .....................................................................99
    7.4.1 安装场所和环境 ...............................................................99
    7.4.2 安装位置 ........................................................................99
    7.5 设备功能检查 ......................................................................100
    7.5.1 基本动作确认 ................................................................101
    7.5.2 设备功能调整 ................................................................101
    7.6 末端执行器分类与应用 .........................................................102
    7.6.1 末端执行器的特点 ..........................................................102
    7.6.2 末端执行器的分类 ..........................................................103
    7.6.3 快换与夹爪执行器 ..........................................................104
    7.7 液压系统及其安装 ................................................................104
    7.7.1 安装前的准备工作 ..........................................................104
    7.7.2 液压元件安装 ................................................................104
    7.7.3 管路安装 ......................................................................105
    7.7.4 清洗 .............................................................................105
    作业  ..........................................................................................105
    【实训操作】熟悉机械系统总装作业 ...............................................107
    
    
    8.1 工业机器人基本组成 ............................................................110
    8.1.1 机械结构系统 ................................................................111
    8.1.2 驱动系统 ......................................................................111
    8.1.3 感知系统 ......................................................................112
    8.1.4 机器人-环境交互系统 ....................................................112
    8.1.5 人机交互系统 ................................................................113
    8.1.6 控制系统 ......................................................................113
    8.2 控制器 ................................................................................113
    8.2.1 电源单元 ......................................................................115
    8.2.2 控制单元 ......................................................................115
    8.3 伺服驱动单元 ......................................................................116
    8.4 输入/输出单元 ...................................................................118
    8.4.1 耦合器 ..........................................................................118
    8.4.2 数字输入/输出 .............................................................118
    8.4.3 I/O从站的安装与组网 ....................................................118
    8.5 示教器 ................................................................................120
    8.5.1 示教器的特点 ................................................................121
    8.5.2 按键 .............................................................................122
    8.5.3 显示 .............................................................................123
    8.5.4 模式开关 ......................................................................124
    8.5.5 急停按钮与伺服使能开关 ................................................125
    8.6 周边设备.............................................................................125
    作业  ..........................................................................................126
    【实训操作】熟悉工业机器人系统部件 ............................................127
    
    
    9.1 控制系统 .............................................................................129
    9.1.1 控制器 ..........................................................................130
    9.1.2 机器人操作系统 .............................................................130
    9.1.3 功能安全系统 ................................................................131
    9.2 驱动系统 .............................................................................131
    9.2.1 液压驱动系统 ................................................................131
    9.2.2 气动驱动系统 ................................................................132
    9.2.3 电动驱动系统 ................................................................133
    9.3 配线与连接 .........................................................................134
    9.3.1 配线注意事项 ................................................................134
    9.3.2 电缆连接注意事项 ..........................................................134
    9.3.3 供电电源 ......................................................................135
    9.3.4 连接方法 ......................................................................135
    9.4 电源接通与切断 ...................................................................136
    9.4.1 接通主电源 ...................................................................136
    9.4.2 接通伺服电源 ................................................................136
    9.4.3 切断电源 ......................................................................136
    9.5 电气功能检查与调整.............................................................137
    9.5.1 外观检查 ......................................................................137
    9.5.2 线路检查 ......................................................................137
    9.5.3 绝缘检查 ......................................................................137
    9.5.4 控制单元调试 ................................................................138
    9.5.5 操作控制电路调试 ..........................................................138
    作业  ..........................................................................................138
    【实训操作】熟练系统操作与设置 ...................................................140
    
    
    10.1 机器人的坐标系 .................................................................141
    10.1.1 关节坐标系 .................................................................141
    10.1.2 直角坐标系 .................................................................142
    10.1.3 用户坐标系 .................................................................143
    10.2 坐标系的标定 ....................................................................143
    10.3 示教 .................................................................................146
    10.3.1 在线示教与离线示教 .....................................................146
    10.3.2 示教的基本步骤 ...........................................................147
    10.3.3 轨迹的确认 .................................................................150
    10.4 程序修改 ...........................................................................151
    10.5 再现 .................................................................................152
    10.5.1 再现步骤 .....................................................................152
    10.5.2 停止与再启动 ..............................................................152
    10.5.3 修改再现速度 ..............................................................153
    作业  ..........................................................................................153
    【实训操作】工业机器人的示教与再现作业 ......................................155
    
    
    11.1 工程管理 ...........................................................................156
    11.1.1 工程或程序的操作 ........................................................156
    11.1.2 自启动程序 ..................................................................158
    11.1.3 工程导入/导出 ............................................................158
    11.1.4 查找工程/程序 ............................................................159
    11.2 程序编辑 ...........................................................................160
    11.2.1 新增指令 .....................................................................160
    11.2.2 撤销指令 .....................................................................162
    11.2.3 其他操作 .....................................................................162
    11.3 数据与变量........................................................................165
    11.3.1 数据类型 .....................................................................166
    11.3.2 新增变量 .....................................................................167
    11.3.3 其他操作 .....................................................................168
    11.4 I/O检测 ............................................................................169
    11.4.1 物理I/O ......................................................................169
    11.4.2 虚拟I/O ......................................................................170
    11.4.3 系统I/O ......................................................................171
    11.5 位置管理 ...........................................................................171
    11.5.1 坐标管理 .....................................................................172
    11.5.2 寸动设置 .....................................................................172
    11.6 系统设置 ...........................................................................172
    11.6.1 报警 ...........................................................................172
    11.6.2 用户管理 .....................................................................173
    11.6.3 通用设置 .....................................................................174
    11.6.4 本地设置 .....................................................................175
    作业  ..........................................................................................176
    【实训操作】操作控制工业机器人 ...................................................177
    
    
    12.1 操作指令概述 ....................................................................179
    12.2 运动指令 ...........................................................................180
    12.2.1 常用的运动指令 ...........................................................180
    12.2.2 运动路径规划 ..............................................................181
    12.2.3 关节运动指令MovJ......................................................183
    12.2.4 直线运动指令MovL .....................................................183
    12.2.5 圆弧运动指令MovC .....................................................184
    12.2.6 整圆指令MovCircle  ....................................................184
    12.3 控制指令 ...........................................................................184
    12.4 等待指令 ...........................................................................186
    12.5 I/O指令 ............................................................................188
    12.6 传送带跟随指令 .................................................................188
    12.7 视觉指令 ...........................................................................190
    12.8 码垛指令 ...........................................................................190
    12.8.1 码垛重置指令 ..............................................................191
    12.8.2 放置工件指令 ..............................................................191
    12.8.3 从放置位离开指令 ........................................................192
    12.8.4 抓取工件动作指令 ........................................................193
    12.8.5 抓取后离开指令 ...........................................................193
    作业  ..........................................................................................194
    【实训操作】熟悉工业机器人操作指令 ............................................196
    
    
    13.1 工业机器人维护分析 ...........................................................197
    13.1.1 不同维护方式 ..............................................................198
    13.1.2 基本保养内容 ..............................................................198
    13.2 更换电池与润滑油 ..............................................................199
    13.2.1 更换本体电池 ..............................................................199
    13.2.2 更换控制器电池 ...........................................................199
    13.2.3 更换润滑油 .................................................................199
    13.3 本体保养 ...........................................................................200
    13.3.1 本体日常保养 ..............................................................200
    13.3.2 本体清洁保养 ..............................................................201
    13.3.3 检查本体基础 ..............................................................201
    13.3.4 轴制动测试 .................................................................202
    13.3.5 润滑齿轮与检查油位 .....................................................203
    13.4 控制柜保养 .......................................................................203
    13.4.1 制订保养计划 ..............................................................203
    13.4.2 日常点检维护操作 ........................................................205
    13.4.3 定期点检维护操作 ........................................................206
    13.4.4 检查控制器散热 ...........................................................207
    13.4.5 清洁控制器内部 ...........................................................207
    13.5 周边设备保养 ....................................................................208
    作业  ..........................................................................................209
    【实训操作】熟悉工业机器人系统保养作业 ......................................211
    
    
    14.1 工业机器人本体运维 ...........................................................213
    14.1.1 检查本体和六轴工具端固定情况 .....................................213
    14.1.2 检查密封状态 ..............................................................214
    14.1.3 检查各轴限位挡块 ........................................................214
    14.1.4 检查电机抱闸和制动状态 ..............................................215
    14.1.5 检查电机噪声 ..............................................................215
    14.2 控制器运维 .......................................................................215
    14.2.1 检查控制器连接状态 .....................................................216
    14.2.2 检测电气元件接通及安全状况 ........................................217
    14.2.3 安全使用示教器功能 .....................................................218
    14.2.4 在机械臂工作范围内工作 ..............................................218
    14.2.5 控制器程序更新与还原 .................................................218
    14.2.6 备份导出 .....................................................................220
    14.2.7 工程导入 .....................................................................221
    14.3 示教器升级与备份 ..............................................................221
    14.4 回零功能 ...........................................................................224
    14.4.1 零位校准 .....................................................................224
    14.4.2 整体回零 .....................................................................225
    14.4.3 单轴回零 .....................................................................225
    作业  ..........................................................................................227
    【实训操作】熟悉工业机器人运行维护作业 ......................................229
    
    
    15.1 故障诊断分析 ....................................................................230
    15.2 按症状排除故障 .................................................................231
    15.2.1 启动故障与引导 ...........................................................231
    15.2.2 控制器症状故障 ...........................................................232
    15.2.3 示教器症状故障 ...........................................................234
    15.2.4 硬件故障 .....................................................................235
    15.2.5 间歇性错误 .................................................................238
    15.3 按功能单元排除故障 ...........................................................238
    15.3.1 排除示教器故障 ...........................................................239
    15.3.2 排除计算机故障 ...........................................................239
    15.3.3 排查安全面板故障 ........................................................241
    15.3.4 排除驱动系统故障 ........................................................242
    15.3.5 排除配电故障 ..............................................................242
    15.4 按事件日志排除故障 ...........................................................244
    作业  ..........................................................................................245
    【实训操作】典型故障描述与分析处理 ............................................247
    附录 作业参考答案 .............................................................................249
    参考文献 ...............................................................................................252
  •       周斌斌,目前任职于嘉兴技师学院,主要从事智能制造相关专业教育教学工作,曾获得浙江省“百千万”高技能领军人才的优秀技能人才、嘉兴市优秀工匠、嘉兴市优秀科技工作者等荣誉称号。近五年,参与企业技改项目4项,本人或辅导学生参加技能大赛获奖10余项,撰写专业论文及课题20余篇;开发教材8本;申报专利20余项,已获批并取证9项。
    
          周苏,1982年华东水利学院计算机应用专业本科毕业,1986年由水电部研究所调入杭州大学计算机系任教,1991年破格晋升副教授,1999年调入浙江大学城市学院计算机系任教,2005年晋升教授。在杭州大学、浙江大学、浙江大学城市学院、浙江工业大学之江学院、温州大学城市学院、嘉兴学院南湖学院、温州职业技术学院等多所院校专/兼职任教,教学经验丰富。 长期从事计算机等专业教学工作,担任计算机基础、计算机导论、软件工程、软件测试技术、软件体系结构、电子商务概论、移动商务、多媒体技术、项目管理、管理信息系统、应用统计学、C语言程序设计、面向对象程序设计、网络传播技术、网络生态学、人机交互技术、艺术设计概论、艺术欣赏概论、计算机平面设计、信息管理与信息系统概论、信息资源管理、办公软件高级应用、IT应用文写作等课程的教学,对计算机学科教学以及应用型院校教学有深刻理解。
  • (1)解释基本原理,让读者切实理解和掌握工业机器人的相关知识与应用技能。
    (2)通过实用易懂的案例,丰富读者的基本理论知识,重视培养学习方法。
    (3)理论与实践并进,为读者提供可自我评价的作业和实训操作。