工业机器人基础
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四川成都
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作者兰虎 王冬云 主编
出版社机械工业出版社
ISBN9787111658351
出版时间2020-09
装帧平装
开本16开
定价58.8元
货号29130920
上书时间2024-11-23
商品详情
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前言
前言
制造业是实体经济的主体，也是国民经济的脊梁，更是国家安全和人民幸福安康的物质基础。目前，我国制造业的创新能力、整体素质和竞争力与发达国家相比仍有明显差距，可谓大而不强。全力推进“中国制造”向“中国智造”和“中国创造”转变，是新时期我国制造业着力实现的重大战略目标。随着“三个强国、两个一流”战略部署的深入推进，工业机器人在智能制造大环境中发挥着越来越重要的作用，并将对未来相关产业生态、市场格局和工作方式带来前所未有的影响。立足于世界“百年未有之大变局”的时代背景，我国机器人高端技术应用人才缺口估计为20万人左右，且每年仍以20%～30%的速度增长。因此，面向新经济发展需要、制造强国战略需求、制造业战略结构调整，开展新兴、新型工科专业紧缺人才培养迫在眉睫。
1.课程简介
本着产教“需供对接”的基本原则，结合自身的校企科研经历，编者系统地梳理了机器人工程与智能制造工程两个新工科专业的机器人类专业课程（群），如图1所示。目前，国内机器人专业课程（群）的设置大体分为两类，应用型和研究型。前者侧重工业机器人应用系统集成设计和生产线调试，核心课程包括工业机器人基础、工业机器人编程、工业机器人视觉、工业机器人系统集成和智能工业机器人；后者强调机器人机械结构和控制系统研发，核心课程包括机器人技术基础、机器人运动学、机器人传感与控制、机器人机械结构设计和机器人控制系统设计。各高校则结合自身办学层次和人才培养定位酌情选择。原则上，省属本科院校的使命担当之一是服务区域经济社会发展和服务国家战略举措，即着力培养富有时代特点的有担当、有作为的应用型新工科人才。
工业机器人基础既是机器人工程专业的学科平台课，又是智能制造工程专业的专业核心课，同时也是培养工业机器人应用系统集成设计和生产线调试类创新型、应用型人才的重要基础性课程。作为新工科专业打通产教融合“后一公里”课程（堂）改革的试点，本课程以提高学生对工业机器人系统集成设计与应用认知能力为基本出发点，主要讲授工业机器人的基础理论与技术，包括机械结构、运动（学）分析、轨迹规划、系统组成与设备选型等，同时兼顾工程应用及相关离线软件的介绍。通过本课程的学习，学生将对以工业机器人为核心的智能制造系统及其前沿技术发展有一个较为全面而深入的了解，为今后从事工业机器人系统集成设计和生产线调试工作打下坚实基础。
图1机器人工程专业核心课程（群）
2.教学目标
立足工业机器人应用系统集成设计和生产线调试复合创新应用人才培养，本课程以全球销量领先的“四大家族”的工业机器人为主要对象，重点介绍工业机器人的产业现状、机械结构、运动（学）分析、轨迹规划、系统组成与设备选型等共性基础知识，并融入课程团队多年的机器人教学、科研和现场实践总结，特别纳入近年国内外影响力的机器人技术动态，以及搬运、码垛、分拣、装配、焊接和涂装等机器人生产应用的成果，以期培养学生综合运用所学基础理论和专业知识分析解决复杂工程问题的能力。
（1）知识目标
1）了解工业机器人的产业现状。
2）掌握工业机器人的系统组成、机械结构及关键技术指标。
3）掌握机器人运动（学）分析的基本原理。
4）掌握机器人任务轨迹规划及常见动作指令的编程技术。
5）熟悉机器人搬运、码垛、分拣、装配、焊接、涂装等典型作业工艺（周边）设备及生产布局。
（2）能力目标
1）能够识别工业机器人系统组成并指出各组成的功能。
2）能够根据作业对象和环境条件选择一款合适的机器人产品。
3）能够依据机器人工作空间及动作可达性合理布局机器人的空间位置。
4）能够按照工艺需求完成机器人运动轨迹规划。
（3）素养目标
1）宣扬工匠精神，筑牢中国制造技术人才之基。
2）鼓励德技兼修、交叉融通，创新中国制造、中国方案。
3）崇尚科技强国，了解科技前沿，激发学生兴趣和责任担当。
3.内容体系
工业机器人基础课程内容体系如图2所示，分为制造装备、制造物流、制造加工三个阶梯层次，按轨迹控制复杂程度递升，同层次模块之间依照系统集成、运动轨迹的复杂度递增，并为工业机器人编程、视觉、系统集成等后续课程做好内容铺垫。具体来讲，本教材共分为8章，第1、2章为基础导学（制造装备）篇，侧重机器人基础理论知识的宽度，由浅入深介绍工业机器人的系统组成、机械结构、运动（学）分析、轨迹规划等；第3～5章为制造物流篇，介绍机器人搬运、分拣和码垛作业，以工业机器人点位轨迹控制为主，从搬运、上下料时的一次拾放动作到分拣作业时的单层（平面）多次拾放动作再到码垛作业时的多层（立体）多次拾放动作，展现工业机器人应用的高阶性；第6～8章为制造加工篇，介绍机器人装配、焊接和涂装作业，以工业机器人连续轨迹控制为主，从装配时的直线轨迹到焊接作业的摆动轨迹再到涂装作业时的蛇形运动轨迹，充分展现工业机器人应用的创新性和挑战性。
图2工业机器人基础课程内容体系
4.课程思政
工业机器人基础课程思政建设思路如图3所示。一方面，本教材章节内容采取工程案例“三级跳”（导入案例→案例剖析→综合练习）教学设计，并且大部分案例题材源自“大国工程”“大国重器”，注重中国方案、中国制造，体现中国智慧，激发学生爱国情怀，树立正确的人生观、世界观和价值观。
另一方面，本教材搭建了一条全流程学习育人“双链”。其中，“学习链”涵盖历史沿革、行业术语、导入案例、案例点评、知识准备、产业诉求、案例剖析、本章小结、思考练习和知识拓展等10个方面；与之呼应的“育人链”为勿忘本、懂行规、品精髓、论古今、握核心、谋发展、归工程、善总结、勤实践和看今朝，致力于将学生培养成具有新时代工匠精神的机器人与智能制造领域复合创新应用人才。
图3工业机器人基础课程思政建设思路
勿忘本——历史沿革，介绍工业机器人的历史发展和技术变革，有利于学生形成初步的印象，对技术产生敬畏之心。
懂行规——行业术语，阐释工业机器人及相关行业的专业术语，使学生提升工程意识，提高日常学习（术）交流效率。
品精髓——导入案例，通过典型工程案例引入新知识，形成良好的课堂互动氛围，激起学生的学习兴趣。
论古今——案例点评，通过教师、学生对工程案例的自我见解交流，引导学生深刻了解所学机器人的使用场景，在具体的生产过程中承担什么任务，进而对机器人技术形成良好的认知。
握核心——知识准备，通过对以机器人为核心的制造装备进行详细、全方位的拆解和讲述，如系统组成、机械结构、运动（学）分析、集成设计等，使学生掌握核心技术知识。
谋发展——产业诉求，通过行业调查，阐明市场需求，使学生明晰以市场需求（痛点）为导向的课程学习意义之所在。
归工程——案例剖析，通过对一个典型案例的剖析，包括客户需求、方案设计、实施效果等一系列流程的完整过程，以“剖”促“思”，使学生领悟到集成项目设计的整套流程，形成严密的逻辑思维和解决问题的方法。
善总结——本章小结，在每章学习的尾声阶段，引导学生对所学知识进行梳理和总结，便于学生复习本章的重难点，梳理出学习的脉络，巩固知识，提高悟性。
勤实践——思考练习，通过形式丰富的综合练习，检验学生对所学知识的掌握情况，促进应用中的融会贯通。
看今朝——知识拓展，对所学技术知识适当拓展，介绍国内、外相关的技术更迭和创新、产业应用等，拓宽学生的学术视野。
本教材由浙江师范大学兰虎和王冬云任主编，上海振华重工（集团）有限公司的张华军担任主审。第1章由浙江师范大学鄂世举编写，第2、7、8章由浙江师范大学兰虎和王冬云编写，第3、4章由浙江师范大学邵金均和哈尔滨理工大学鲁德才编写，第5章由浙江师范大学温建明和宁波摩科机器人科技有限公司宋星亮编写，第6章由浙江师范大学潘睿编写。其他参编人员包括杨林、洪灵、金磊、杨云和林谊。
从内容构思、起草大纲、收集案例、编写样章、组织编委、初稿、修稿、定稿，本教材编写历时五年之久，衷心感谢参与教材编写的所有同仁的付出！特别感谢国家工信部智能制造综合标准化与新模式应用专项“大型海洋工程起重装备智能制造新模式应用”、国家发改委“十三五”应用型本科产教融合发展工程规划项目“浙江师范大学轨道交通、智能制造及现代物流产教融合实训基地”和*产学合作协同育人项目“《工业机器人技术基础》新形态教材建设”等给予的支持！感谢上海振华重工（集团）有限公司的张华军、浙江硕合机器人科技有限公司的洪灵、致籁（上海）机器人有限公司的严晶、宁波摩科机器人科技有限公司的宋星亮、苏州凯尔奇自动化科技有限公司的张雷、佛山华数机器人有限公司的杨林、上海发那科机器人有限公司的林谊、唐山松下产业机器人有限公司的李汉宏等为本教材编写提供的机器人工程应用案例方面的宝贵资料！感谢上海发那科机器人有限公司、杜尔涂装系统工程（上海）有限公司、宁波摩科机器人科技有限公司和佛山华数机器人有限公司等提供的配套微视频教学资源！感谢马可儿、陈瑞发、伍春毅、沈添淇、罗文炜、徐静怡、马仁霭等研究生和本科生仔细审阅本教材校样并制作多媒体课件！同时，本教材引用了国内、外多家工业机器人生产商、系统集成商的产品和技术数据，并在文中予以了重点注明，使得本教材在技术内容上能够跟踪国内、外先进成果，在此一并表示衷心的感谢！
由于编者水平有限，本教材中难免有不当之处，恳请读者批评指正，可将意见和建议反馈至Email：lanhu@zjnu.edu.cn。
编者
导语摘要
本书是根据*高等学院自动化专业教学指导委员会新颁布的教学标准，同时参照国家和机械行业颁布的工业机器人系列标准，结合培养应用型工程技术人才的实践教学特点和编者多年来对于机器人工程应用的实践总结及教学经验编写的。
全书共8章，分为基础导学（制造装备）、制造物流和制造加工三个层次，以提高读者对工业机器人系统集成设计与应用的认知能力为基本出发点，编入了工业机器人的共性基础理论知识（包括系统组成、机械结构、运动分析、轨迹规划、设备选型与生产布局等）和典型工程应用案例（涵盖搬运、码垛、分拣、装配、焊接、涂装等机器人系统集成设计全流程）。同时，各章节也编入了目前国内、外与工业机器人相关的生产商、集成商信息及技术动态，以方便读者查询和应用。
为方便“教”和“学”，本书配备有电子教案、多媒体课件、习题答案和微视频动画（采用二维码技术呈现，扫描二维码可直接观看视频内容）资源包，凡选用本书作为教材的教师均可登录机械工业出版社教育服务网（http://www.cmpedu.com）注册后免费下载。
本书内容丰富、结构清晰、文笔简洁、术语规范，既可作为普通高等院校机器人工程和智能制造工程等（近）自动化类专业的平台课或选修课教材，也可作为独立学院、高职（专科）院校和成人高等学校等同类专业教材，还可供行业、企业及机器人联盟和培训机构的相关技术人员参考。
目录
目录
前言
第1章初识工业机器人的庐山
真面目1
机器人术语2
导入案例工业机器人引爆全球制造业智能化
革命浪潮3
案例点评4
知识讲解4
第1节工业机器人常见分类4
第2节工业机器人系统组成9
第3节工业机器人产业现状26
本章小结33
思考练习33
知识拓展36
参考文献40
第2章管窥工业机器人应用的
冰山一角41
机器人术语42
导入案例工业机器人“出手”助力汽车
制造业智能升级43
案例点评44
知识讲解44
第1节发展工业机器人的目的44
第2节工业机器人的应用现状45
第3节工业机器人的系统集成48
案例剖析63
本章小结76
思考练习76
知识拓展工业机器人在非制造业中的
应用79
参考文献81
第3章搬运机器人的认知与选型82
搬运术语83
导入案例工业机器人为金属制品业
“添砖加瓦”，实现自动化
折弯加工84
案例点评85
知识讲解85
第1节搬运机器人的常见分类85
第2节搬运机器人的单元组成86
第3节搬运机器人的生产布局95
案例剖析98
本章小结106
思考练习106
知识拓展110
参考文献113
第4章码垛机器人的认知与选型114
物流术语115
导入案例工业机器人助力煤制品制造，
实现砖坯码垛自动化116
案例点评117
知识讲解117
第1节码垛机器人的常见分类117
第2节码垛机器人的单元组成118
第3节码垛机器人的生产布局126
案例剖析129
本章小结140
思考练习141
知识拓展146
参考文献148
第5章分拣机器人的认知与选型149
包装术语150
导入案例工业机器人助力食品加工业，
实现食品包装自动化151
案例点评152
知识讲解152
第1节分拣机器人的常见分类152
第2节分拣机器人的单元组成154
第3节分拣机器人的生产布局164
案例剖析166
本章小结171
思考练习172
知识拓展176
参考文献178
第6章装配机器人的认知与选型179
装配术语180
导入案例装配机器人助力通信业“疾雷
迅电”，实现手机电路板自动化
装配181
案例点评182
知识讲解182
第1节装配机器人的常见分类182
第2节装配机器人的单元组成184
第3节装配机器人的生产布局191
案例剖析193
本章小结204
思考练习204
知识拓展装配机器人新技术与应用207
参考文献210
第7章焊接机器人的认知与选型211
焊接术语212
导入案例工业机器人“加码”能源设备
制造业，实现风电机座焊接
自动化213
案例点评214
知识讲解214
第1节焊接机器人的常见分类214
第2节焊接机器人的单元组成216
第3节焊接机器人的生产布局228
案例剖析231
本章小结246
思考练习246
知识拓展焊接机器人新技术与应用250
参考文献252
第8章涂装机器人的认知与选型253
涂装术语254
导入案例杜尔机器人助力汽车涂装新高度，
实现精确快速内涂装255
案例点评255
知识讲解256
第1节涂装机器人的常见分类256
第2节涂装机器人的单元组成258
第3节涂装机器人的生产布局273
案例剖析274
本章小结281
思考练习281
知识拓展涂装机器人新技术与应用285
参考文献287
后记288
内容摘要
本书是根据*高等学院自动化专业教学指导委员会新颁布的教学标准，同时参照国家和机械行业颁布的工业机器人系列标准，结合培养应用型工程技术人才的实践教学特点和编者多年来对于机器人工程应用的实践总结及教学经验编写的。
全书共8章，分为基础导学（制造装备）、制造物流和制造加工三个层次，以提高读者对工业机器人系统集成设计与应用的认知能力为基本出发点，编入了工业机器人的共性基础理论知识（包括系统组成、机械结构、运动分析、轨迹规划、设备选型与生产布局等）和典型工程应用案例（涵盖搬运、码垛、分拣、装配、焊接、涂装等机器人系统集成设计全流程）。同时，各章节也编入了目前国内、外与工业机器人相关的生产商、集成商信息及技术动态，以方便读者查询和应用。
为方便“教”和“学”，本书配备有电子教案、多媒体课件、习题答案和微视频动画（采用二维码技术呈现，扫描二维码可直接观看视频内容）资源包，凡选用本书作为教材的教师均可登录机械工业出版社教育服务网（http://www.cmpedu.com）注册后免费下载。
本书内容丰富、结构清晰、文笔简洁、术语规范，既可作为普通高等院校机器人工程和智能制造工程等（近）自动化类专业的平台课或选修课教材，也可作为独立学院、高职（专科）院校和成人高等学校等同类专业教材，还可供行业、企业及机器人联盟和培训机构的相关技术人员参考。
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