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| 編輯推薦： |
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本书致力于培养工业机器人应用人才。工业机器人飞速发展，工业机器人的操作与编程是工业机器人调试及维修人员的基本技能。该书从实际出发，以华数机器人HSR-6为例进行操作及编程的讲解，理论结合实践，让高校相关专业学生及企业工业机器人程序设计、调试人员能很快地学以致用。
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| 內容簡介： |
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工业机器人技术近十年来在中国得到快速地发展，它能够更好地适应高强度、重复性的工作。工业机器人以其稳定、高效等优点正逐步代替人工，在电子、机械等各行业得到了广泛的应用，成为了不可或缺的自动化设备。工业机器人的编程和操作是工业机器人调试、维修人员所具备的基本技能，是机器人应用的基础。本书以华数机器人HSR-6为例进行操作及编程，着重培养读者对工业机器人的操作与编程能力，由简到难，从工业机器人的基本知识与基本操作开始讲解，到相对较复杂的工业机器人编程，层层递进，为企业工业机器人程序设计、调试人员及高校相关专业学生提供参考。
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| 關於作者： |
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鲁庆东，毕业于昆明理工大学机械工程及自动化专业，宜宾职业技术学院专业教师，讲师。主要研究机器人应用和PLC控制相关技术。机械协会会员，工业机器人编程与操作考评员，1 X考核师，院级优秀教师，指导学生参加全国工业机器人技术应用大赛获两次省赛一等奖，参加全国工业机器人装调技能大赛获全国二等奖。机械行业职业技能标准、教程、试题技术委员会委员。
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| 目錄：
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项目一 工业机器人基础知识与基本操作
任务一 工业机器人的基础知识
任务二 工业机器人的操作规范与安全
任务三 认识 HSR-6 工业机器人的示教器 HSpad
任务四 使用HSPAD示教器手动操作HSR-6工业机器人
任务五 HSR-6工业机器人投入运行前的准备
项目二 HSR-6工业机器人写字操作与编程
任务一 程序的新建、加载和编辑操作
任务二 标定工具坐标系和基坐标系
任务三 示教写字程序
任务四 运行写字程序
项目三 HSR-6工业机器人搬运操作与编程
任务一 示教搬运程序
任务二 运行搬运程序
项目四 HSR-6工业机器人码垛操作与编程
任务一 码垛程序算法介绍
任务二 算法实现码垛程序
项目五 机器人视觉分拣应用编程
任务一 机器视觉系统的功能与原理
任务二 随动式相机视觉引导系统的调整与应用
任务三 固定式相机视觉引导系统的调整与应用
项目六 工业机器人1 X技能考核设备编程
任务一 电机底座搬运
任务二 减速器和法兰盘搬运
任务三 伺服电机搬运
任务四 装配与质量检测
参考文献
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| 內容試閱：
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工业机器人技术近十年来在中国得到快速地发展，它能够更好地适应高强度、重复性的工作。工业机器人以其稳定、高效等优点正逐步代替人工，在电子、机械等各行业得到了广泛的应用，成为了不可或缺的自动化设备。
工业机器人的井喷式发展造成工业机器人应用人员的紧缺，因此培养工业机器人应用人才成了许多高等院校的目标。由于工业机器人的编程和操作是工业机器人调试、维修人员所具备的基本技能，是机器人应用的基础，因此撰写本书，本文以华数机器人HSR-6为例进行操作及编程，着重培养读者对工业机器人的操作与编程能力，为企业工业机器人程序设计、调试人员及高校相关专业学生提供参考。
第1章介绍了工业机器人基础知识与基本操作，包括工业机器人的操作规范与安全，示教器的认识和使用以及工业机器人投入运行前的准备。第二章介绍和叙述了工业机器人写字操作与编程，包括机器人程序的新建、加载和编辑操作、标定工具坐标系和基坐标系、示教写字程序和运行写字程序。
第三章针对工业机器人搬运项目来进行搬运操作及编程，包括示教搬运程序和运行搬运程序。
第四章针对工业机器人码垛项目进行操作与编程，包括对码垛程序算法进行介绍，以及通过算法实现码垛程序的描述。
第五章针对工业机器人视觉分拣项目应用及编程，介绍了机器视觉系统的功能和原理。分别描述了随动式和固定式视觉引导系统的调整及应用。
第六章主要针对工业机器人应用编程1 X平台设备的编程，含PLC编程，机器人编程，视觉处理，RFID应用，称重传感器应用等。
由于水平有限，本书难免有一些不尽如人意之处，希望读者批评指正。
项目一 工业机器人基础知识与基本操作
项目描述
工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自1962年美国研制出世界上台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制?? 统(CMS)的自动化工具?
工业机器人可以承接生产线精密零件的组装任务，更可替代人工在喷涂、焊接、装配等不良工作环境中工作，对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高产品品质和劳动生产率，节约原材料消耗及降低生产成本有着十分重要的意义。
本项目通过对工业机器人基础知识与操作的学习，使学生能对机器人的基本组成操作规范与安全、示教器的基本操作进行系统地了解和认识，达到能对机器人进行坐标系设定简单手动操作的能力，为下一步编程操作工业机器人做好技术准备。
项目目标
（1）能使用示教器在关节坐标系下安全操作工业机器人。
（2）能使用示教器设置工具坐标系与基坐标系。
知识目标
（1）掌握工业机器人的组成。
（2）理解工业机器人世界坐标系、基坐标系与工具坐标系的意义。
（3）熟悉示教器的操作界面及基本功能。
能力目标
（1）能安全启动工业机器人。
（2）能遵守安全操作规程操作工业机器人。
（3）能完成单轴移动的手动操作。
（4）通过学习，学会收集、分析、整理参考资料的技能。
任务一 工业机器人的基础知识
任务描述
在对工业机器人进行编程、操作之前，需要了解工业机器人的基本概念、分类、组成与基本工作原理，并掌握工业机器人控制系统对机器人关节正方向、坐标系的定义，了解工业机器人位姿表示等相关知识。
知识准备
一、工业机器人概念
机器人(?Robot)一词源于捷克作家卡雷尔·卡佩克在1920年发表的科幻剧本《罗萨姆的机器人》。在该剧中，卡佩克把捷克语“?Robota”写成了“?Robot”。“?Robota”是奴隶的意思被当成了机器人一词的起源，一直沿用至今。
卡佩克提出的是机器人的安全、感知和自我繁殖问题。虽然科幻世界只是一种想象，但随着科学技术的进步，很可能引发人类不希望出现的问题。
为了防止机器人伤害人类科幻作家阿西莫夫(?Isaac?asimov)于1940年提出了以下“机
器人三原则：
(1)机器人不应伤害人类。
(2)机器人应遵守人类的命令，与第(1)条违背的命令除外。
(3)机器人应能保护自己，与第(1)条相抵触者除外。
这是给机器人赋予的伦理性纲领。机器人学术界一直将这“三原则”作为机器人开发的准则。
1967年，在日本召开的届机器人学术会议上，就提出了两个有代表性的定义。
是森政弘与合田周平提出的机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等7个特征的柔性机器。从这一定义出发，森政弘又提出了用自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、柔性、有限性、移动性等10个特性来表示机器人的形象。另一个是加藤一郎提出的具有如下3个条件的机器称为机器人:具有脑、手、脚等三要素的个体;具有非接触传感器(用眼、耳接受远方信息)和接触传感器;具有平衡觉和固有觉的传感器。
目前国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般来说，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。美国机器人协会 (RIA)对机器人的定义:“为了完成不同的作业，根据可用计算机改变和可编程的运动来实现材料、零部件、工具和特殊装置的移动并可重新编程的多功能操作机。”日本产业机器人协会(JIRA)的定义:“在三维空间具有类似人体上肢动作机能及其结构，并能完成复杂空间动作的多自由度的自动机械。”“根据感觉机能或认识机能，能够自行决定行动的机器(智能机器人)国际标准化组织对机器人的定义:“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能能完成各种作业的可编程操作机。”中国科学家对机器人的定义:“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”
中国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括服务机器人、水下机器人娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中有些分支发展很快有独立成体系的趋势。国际上的机器人学者，从应用环境出发也将机器人分为两类:制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人，这和中国的分类是一致的。
综上所述，工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器，它可以接受人类指挥;也可以按照预先编排的程序运行。现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。
二、工业机器人的发展概况
工业机器人的问世，大约是在20世纪50年代末;微处理器的诞生，大约是在20世纪70年代。正是由于微处理器的出现以及各种LSI、vⅤLS的飞跃发展，才使得工业机器人控制?统的?能得到大幅度提高从而使数百种不同结构、不同控制方法、不同用途的工业机器人终于在80年代，真正进入了实用与普及的阶段，并发挥了令人难以置信的巨大威力与经济效益。
1959年，美国发明家约瑟夫·英格伯格与德沃尔联手制造出台工业机器人Unimate，随后成立了世界上家机器人制造工厂—?Unimation公司。由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传他也被称为“工业机器人之父”。?Unimate机器人也被称为可编程移机，因为一开始它们的主要用途是将对象从一个点传递到另一个，不到10ft左右分开。它们采用液压执行机构并编人关节坐标，即在一个教学阶段进行存储和回放操作中的各关节的角度，精确到1in的1/10000。这是代示教再现型机器人的雏形(通过引导或其他方式，先教会机器人动作，输人工作程序，机器人则自动重复进行作业)。
1962年，美国AMF公司生产出“?VERSTRAN”(意思是搬运)，与?Unimation公司生产的?Unimate机器人一样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人应用和机器人研究的热潮。
1962-1963年，传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在机器人上安装各种各样的传感器，包括恩斯特在1961年采用的触觉传感器;1962年，托莫维奇和博尼在世界上早的“灵巧手”上用到了压力传感器;而麦卡锡在1963年则开始在机器人中加入视觉传感系统并在1964年，帮助MIT推出了世界上个带有视觉传感器，能识别并定位积木的感知型机器人(利用传感器获取的信息控制机器人的动作)，拉开了第二代机器人研发的序幕。
1965年，约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研制出?Beast机器人。?Beast已经能通过声呐系统、光电管等装置根据环境校正自己的位置。20世纪60年代中期开始，美国麻省理工学院斯坦福大学及英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究第二代感知型机器人(带传感器“有感觉”的机器人)的热潮，并向人工智能进发。
1968年，美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人?Shakey。它带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木，不过控制它的计算机有一个房间那么大。?Shakey可以算是世界台智能机器人(以人工智能决定其行动的机器人)，拉开了第三代机器人研发的序幕。
1969年，日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出台以双脚走路的机器人。加藤郎长期致力于研究仿人机器人，被誉为“仿人机器人之父”。日本专家一向以研发仿人机器人和娱乐机器人的技术见长，后来更进一步，催生出本田公司的?ASIMO和索尼公司的QRIO。
1973年，机器人和小型计算机次携手合作，诞生了美国?Cincinnati?milacron公司的机器人T3。
1978年，美国?Unimation公司推出通用工业机器人PUMA，这标志着工业机器人技术
已经完全成熟。PUMA至今仍然工作在工厂线。
工业机器人在欧洲和日本的应用也相当快。ABB(原ASEA)在1973年推出世界上首位市售全电动微型处理器控制的机器人IRB6(前两个IRB6机器人出售给马格努森，在瑞典进行研磨和抛光管弯曲);同样是在1973年库卡机器人建立了自己的个6关节机器人，被称为?FAMULUS;1974年，日本?FANUC公司生产出了首台?FANUC机器人，1976年投放市场。ABB机器人、库卡机器人、?FANUC机器人至今仍然是工厂线的主力机器人。
综上，目前工业机器人的发展经历了以下三个阶段。
代工业机器人是指T/P(?teaching/?playback)方式，即示教/再现方式。这种机器人可以接受示教而完成各种简单的重复动作。示教过程中，机械手可依次通过工作任务的各个位置，这些位置序列全部记录在存储器内，任务的执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下依次再现上述位置，故这种机器人的主要技术功能被称示教再现。
第二代工业机器人是具有一些简单智能、可行走的、能对周围环境做出反应的感知型机器人。这种机器人配有相应的传感器，对外界环境有一定的感知能力，能利用传感器获取的信息控制机器人的动作，在机械、电子等生产领域得到了广泛的应用。
第三代机器人称为智能机器人。这种机器人不仅具有视觉、触觉等，而且还具有像人样的逻辑思维、逻辑判断等机能，能推理、决策、自我规划、自我学习、有自立性。
当今工业机器人正逐渐向着具有行走能力、具有多种感知能力、具有较强的对作业环境的自适应能力的方向发展。目前，对全球机器人技术的发展有影响的国家是美国和日本。美国在工业机器人技术的综合研究水平上仍处于领先地位，而日本生产的工业机器人在数量、种类方面则居世界首位。
三、工业机器人的主要特点
工业机器人显著的特点有以下几个。
(1)可编程生产自动化的进一步发展是柔性化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量、多品种的均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。
(2)拟人化工业机器人在机械结构上有类似人的行走腰转及大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有计算机。此外智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器视觉传感器、声觉传感器等。这些传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。
(3)通用性除?专门设计的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务
时具有较好的通用性。比如更换工业机器人手部末端操作器(手爪、工具等便可执行不同的作业任务。
(4)工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合—机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用特别是与计算机技术的应用密切相关。因此机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。
任务实施
一、工业机器人的分类
按照不同的分类标准，工业机器人有以下不同的分类方法。
1．按用途分类
工业机器人作为完成任务的机器按用途包括以下几种：
(1)搬运、上料机器人搬运、上料机器人可广泛应用于机械、电子、纺织、卷烟、医疗食品、造纸等行业的柔性搬运、传输等功能;也用于自动化立体仓库、柔性加工系统、柔性装配系统(以AGV为活动装配平台)；同时可在车站机场、邮局的物品分拣中作为运输工具。
(2)喷釉机器人喷釉是陶瓷生产中的一个重要环节。采用人工作业的方式进行施釉，产品质量难以保证，而且工人劳动强度大，对身体健康有损害。喷釉是陶瓷生产中较易实现自动化的环节，近年来，意大利德国、日本等国相继使用机器人在施釉线上进行喷釉。
喷釉机器人一般由机器人本体、喷枪和喷涂转台组成。转台与机器人配合的好坏直接决定了终的釉面质量。
(3)焊接机器人焊接机器人具有性能稳定工作空间大、运动速度快和负荷能力强等特点如图1-1所示。采用焊接机器作业焊接质量明显优于人工焊接，大大提高了点焊作业的生产率。
图1-1 焊接机器人
焊接机器人可细分为点焊机器人和弧焊机器人两类。
①点焊机器人点焊机器人主要用于汽车整车的焊接工作，一般与整车生产线配套使用图1-1焊接机器人随着汽车工业的发展，焊接生产线要求焊钳一体化，重量越来越大，165kg点焊机器人是当前汽车焊接中常用的一种机器人。
②弧焊机器人弧焊机器人主要应用于各类汽车零部件的焊接生产弧焊机器人的关键是协调控制多机器人及变位机的协调运动既能保持焊枪和工件的相对姿态以满足焊接工艺的要求，又能避免焊枪和工件的碰撞。此外，弧焊机器人常采用激光传感器实现焊接过程中的焊缝跟踪，提升焊接机器人对复杂工件进行焊接的柔性和适应性，结合视觉传感器的离线观察，获得焊缝跟踪的残余偏差，基于偏差统计获得补偿数据，并进行机器人运动轨迹的修正，在各种工况下都能获得的焊接质量。(4)激光加工机器人激光加工机器人是将机器人技术应用于激光加工中，通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业。通过对加工工件的自动检测，产生加工件的模型，继而生成加工曲线，也可以利用CAD数据直接加工。激光加工机器人可用于工件的激光表面处理、打孔、焊接和模具修复等。
(5)装配机器人装配机器人是柔性自动化装配系统的核心设备末端执行器为适应不同的装配对象而设计成各种手爪和手腕等;传感系统用来获取装配机器人与环境和装配对象之间相互作用的信息。常用的装配机器人主要有通用装配操作手(?programmable?uni-versal?manipula-tor?for?assembly)即PUMA机器人(早出现于1978年，工业机器人的始祖)和平面双关节型机器人(selective?compliance?assembly?robot?arm)即SCARA机器人两种类型。与一般工业机器人相比，装配机器人具有精度高、柔顾性好、工作范围小、能与其他系统配套使用等特点，主要用于各种电器的制造。
（6）后工序机器人，完成打毛刺、分类，检验、包装等工作。
当前.工业机器人的应用领域主要有弧焊、点焊、装配、搬运、喷漆、检测、码探、研磨抛光和激光加工等复杂作业。各领域应用比例如图1-2所示。
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