随着“中国制造2025”的提出,新一代信息技术与制造业深度融合。焊接机器人作为信息、制造、智能化等技术相结合的产物,是“中国制造2025”的重要组成部分。目前焊接机器人产业在中国蓬勃发展,对焊接人才培养也提出新需求。
《焊接机器人技术与系统》是使本科毕业生掌握焊接机器人的基础知识,具备从事焊接机器人应用的基本技能而编写的教材。
《焊接机器人技术与系统》主要介绍焊接机器人技术与系统。全书共分为10章,内容涵盖焊接机器人系统组成、机器人运动学、机器人驱动器、机器人轨迹规划与编程、焊接机器人传感技术、焊接机器人通信和系统集成、焊接机器人配置、焊接机器人工作站等内容。
《焊接机器人技术与系统》还利用ABB公司的Robot Studio离线编程仿真软件实现相关技术的仿真和应用。
《焊接机器人技术与系统》可作为大学本科“焊接”、“材料成型及控制工程”(焊接方向)专业相关课程的教材,硕士研究生“材料加工工程”专业相关课程的参考资料,焊接工程师的培训教材,还可以供焊接及相关学科教师和工程技术人员从事教学、科研与技术开发工作的参考。
随着“中国制造2025”的提出,新一代信息技术与制造业深度融合。焊接机器人作为信息、制造、智能化等技术相结合的产物,是“中国制造2025”的重要组成部分。目前,随着人口红利下降,人力成本提升,机器人在中国得到飞速的推广和应用。国际机器人联合会(IFR)统计显示,2005-2012年全球工业机器人的年均销售增长率为9%,同期中国工业机器人的年均销售增长率达到25%。目前中国的机器人密度(每万名工人所拥有的工业机器人数量)仍旧处于较低水平。中国大陆机器人密度仅为21,与发达国家和地区相差8-10倍。2013年12月30日,工信部发布《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》,提出到2020年,形成较为完善的工业机器人产业体系,培育3-5家具有国际竞争力的龙头企业和8-10个配套产业集群;工业机器人行业和企业的技术创新能力与国际竞争能力明显增强,高端产品市场占有率提高到45%以上,机器人密度达到100以上,基本满足国防建设、国民经济和社会发展需要。
焊接作业环境的恶劣,使新一代产业工人不愿从事焊接职业,培训一名成熟焊工的成本越来越高。焊接产品的质量要求提升和产品升级速度加快,传统手工焊接作业方式已经难以满足焊接产品制造的自动化、柔性化要求。焊接制造业用工难、用工贵和提高产品质量的现实需求使得“机器换人”成为焊接制造行业转型升级的必然发展思路。随着机器人制造技术的成熟,购置与维护成本的相对降低,焊接机器人应用已从知识密集型企业、产品附加值较高的领域以及对产品质量要求高的行业逐渐延伸到劳动密集型的低附加值产业。机器人在焊接制造中的应用正呈现高速增长态势,“厂厂都有机器人,家家都有机器人”的时代就要到来。焊接机器人约占工业机器人应用的50%,焊接机器人技术也在焊接相关领域得到飞速发展,由此对相关人才的需求愈加迫切。
目前,焊接机器人的专业书籍越来越多,但主要面向高职高专或侧重于某方面(如操作、虚拟仿真、智能化)的应用,面向焊接本科专业的合适教材较少。本书作为这方面的尝试,主要考虑焊接技术与工程本科专业学生的特点,首先,使学生了解焊接机器人学方面的基本原理,但不过分追求机器人设计和制造;其次,使学生能掌握焊接机器人传感器、驱动器、系统集成、离线编程等方面的实用知识,能满足企业的用人需求;再次,利用ABB的虚拟仿真软件-RobotStudio,实现对焊接机器人应用各环节的仿真,在不增加实际机器人成本的情况下,提高学生的教学效果;最后,本书的目的主要是使学生掌握用机器人解决焊接问题的思想、原理和应用,故对机器人安装、维护等内容涉及较少。
本书分为10章,由江苏科技大学黎文航副教授、王加友教授、周方明教授主编,最后由上海交通大学陈善本教授主审。编写人员分工:绪论、第4章、第8章由黎文航副教授编写,并负责全书统稿;第6章、第9章由王加友教授编写;第2章、第3章由周方明教授编写;第5章、第7章由江苏科技大学陈书锦副教授编写;第10章由江苏科技大学朱杰实验师编写。
感谢北人机器人系统(苏州)有限公司林涛博士、马宏波博士为本书提供了丰富的素材。感谢研究生贾海峰、王益荣在本书图形绘制、文字校对方面付出的努力。
第1章 绪论
1.1 焊接自动化与焊接机器人
1.2 工业机器人的概念和发展
1.2.1 工业机器人发展历程
1.2.2 工业机器人发展趋势
1.3 工业机器人的组成
1.3.1 与人手臂、起重机械的比较
1.3.2 机器人的结构组成
1.4 工业机器人的特点
1.5 工业机器人性能参数
1.6 工业机器人的分类
1.6.1 按机器人结构形式
1.6.2 按机器人控制方式
1.7 学习本课程的目的和要求
1.8 复习思考题
第2章 焊接机器人系统概述
2.1 焊接机器人系统的组成
2.1.1 机器人操作机
2.1.2 机器人固定或运动装置
2.1.3 变位机
2.1.4 机器人控制器
2.1.5 焊接系统
2.1.6 焊接传感器
2.1.7 中央控制计算机
2.1.8 示教器
2.1.9 安全设备
2.2 点焊机器人
2.3 弧焊机器人
2.4 焊接离线编程软件
2.4.1 离线编程技术的发展
2.4.2 弧焊离线编程系统实用化技术研究趋势
2.5 ABBRobotStudio机器人仿真软件
2.5.1 RobotStudio功能简介
2.5.2 软件安装
2.5.3 软件环境简介
2.5.4 焊接机器人仿真工作站构建
2.6 复习思考题
第3章 机器人运动学
3.1 运动学基础
3.1.1 机器人工作站中的坐标系
3.1.2 工业机器人位姿描述
3.2 齐次变换及运算
3.2.1 纯平移变换的表示
3.2.2 纯绕轴旋转变换的表示
3.2.3 复合变换的表示
3.2.4 相对于运动坐标系的变换
3.2.5 机器人中的变换矩阵
3.3 机器人的正逆运动学
3.3.1 机器人正运动学方程的D-H表示法
3.3.2 机器人的逆运动学解
3.3.3 机器人的退化和灵巧特性
3.4 微分运动和速度
3.4.1 雅可比矩阵
3.4.2 坐标系的微分运动
3.4.3 机器人的微分运动
3.5 机器人操作臂动力学
3.6 RobotStudio中构建常用坐标系
3.6.1 工件坐标系的构建
3.6.2 工具坐标系的构建
3.6.3 工具数据的构建
……
第4章 机器人驱动器
第5章 焊接机器人轨迹规划与编程
第6章 机器人传感器技术
第7章 焊接机器人的通信与系统集成
第8章 焊接机器人的配置
第9章 焊接机器人工作站
第10章 其他焊接机器人介绍
参考文献