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焊接机器人约占工业机器人应用总量的40%，是智能制造的重要体现。焊接机器人产业蓬勃发展，对焊接人才培养提出新需求。本书可以帮助焊接相关专业本科生掌握焊接机器人的基本原理和应用技术，初步具备应用焊接机器人的能力。

全书共分为9章，内容包括焊接机器人概述、焊接机器人的软件、机器人运动学、机器人驱动器与轨迹规划、焊接机器人编程、机器人传感器技术、焊接机器人的通信与系统集成、焊接机器人的配置、焊接机器人工作站等内容。本书还利用ABB公司的RobotStudio仿真软件实现相关技术的仿真和应用，解决了机器人系统建设成本高、机器人教学理论脱离实践、机器人操作存在安全隐患等问题，并便于实现虚拟仿真式、案例式、项目式教学。

本书可作为大学本科“焊接技术与工程”“材料成型及控制工程”（焊接方向）等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，还可以作为焊接及相关学科教师和工程技术人员从事科研与技术开发工作的参考书。

目录

前言

第1章焊接机器人概述

1.1焊接自动化与焊接机器人

1.2焊接机器人的发展

1.2.1工业机器人发展历程

1.2.2焊接机器人的发展历程

1.2.3焊接机器人的发展趋势

1.3焊接机器人的结构

1.3.1工业机器人的组成

1.3.2焊接机器人的组成

1.4工业机器人性能参数

1.5焊接机器人的分类

1.5.1按机器人结构分类

1.5.2按机器人控制方式分类

1.6焊接机器人的特点

1.7焊接机器人的安全操作

1.8学习本书的目的和要求

1.9复习思考题

第2章焊接机器人的软件

2.1焊接离线编程软件

2.2ABB RobotStudio机器人仿真

软件

2.2.1RobotStudio功能简介

2.2.2软件安装

2.2.3软件环境简介

2.3焊接机器人虚拟仿真

2.3.1焊接机器人虚拟构建

2.3.2焊接机器人虚拟仿真操作

2.3.3焊接机器人虚拟示教器

操作

2.4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

3.3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机器人机械臂动力学

3.6RobotStudio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

3.7复习思考题

第4章机器人驱动器与轨迹

规划

4.1驱动器基本原理

4.1.1液压驱动器

4.1.2气压驱动器

4.1.3电气驱动器

4.2轨迹规划

4.2.1轨迹规划的基本原理

4.2.2目标点的获取

4.2.3机器人关节变化的函数

插值

4.2.4焊接规划

4.3复习思考题

第5章焊接机器人编程

5.1机器人编程概述

5.2数据类型

5.3编程指令

5.4示教编程

5.4.1示教编程的准备

5.4.2示教器编程

5.5离线编程

5.6复习思考题

第6章机器人传感器技术

6.1机器人常用传感器的分类

6.2机器人内部传感器

6.2.1位移传感器

6.2.2角数字编码器

6.3机器人外部传感器

6.3.1外部传感器结构与接口

6.3.2力或力矩传感器

6.3.3触觉传感器

6.3.4接近觉传感器

6.3.5焊接电弧传感器

6.3.6焊接机器人接触传感器

6.3.7视觉传感器

6.4ABB虚拟仿真监控

6.4.1防碰撞检测

6.4.2TCP跟踪

6.5复习思考题

第7章焊接机器人的通信与系统

集成

7.1焊接机器人系统集成流程

7.2ABB机器人的通信方式

7.2.1ABB常用的通信方式及

特点

7.2.2机器人系统集成常用通信

方式

7.3机器人系统的连接

7.4焊接机器人系统的设置

7.4.1机器人I/O信号的处理

7.4.2编程

7.5复习思考题

第8章焊接机器人的配置

8.1焊接机器人的效益分析

8.2焊接自动化方式的选择——适度

自动化

8.3焊接机器人的厂商和配置

8.3.1机器人制造和集成厂商

8.3.2焊接机器人配置方式

8.4焊接机器人机械臂的选择

8.5弧焊机器人系统焊接装备的

选择

8.5.1弧焊电源的选择

8.5.2送丝机的选择

8.6点焊机器人系统焊接装备的

选择

8.7外围设备

8.7.1工作台变位机

8.7.2机器人移动装置

8.8复习思考题

第9章焊接机器人工作站

9.1简易焊接机器人工作站

9.1.1简易弧焊机器人工作站

9.1.2简易点焊机器人工作站

9.2变位机与焊接机器人组合的

工作站

9.2.1回转工作台 弧焊机器人

工作站

9.2.2旋转-倾斜变位机 弧焊机器

人工作站

9.2.3导轨多工位机器人

工作站

9.2.4翻转变位机 弧焊机器人

工作站

9.2.5焊接机器人与周边设备协调

运动的工作站

9.3双机器人协调运动的工作站

9.3.1ABB虚拟环境机器人系统的

构建

9.3.2示教目标点

9.3.3焊接路径的构建

9.4焊接机器人工作站实例

9.4.1实例背景

9.4.2机器人工作站构建

9.4.3焊接机器人编程

9.4.4焊接工艺试验

9.5安全措施

9.6复习思考题

参考文献

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前言

焊接机器人作为工业机器人的重要代表，是机电一体化、信息化、智能化与先进焊接等技术相结合的产物，是智能制造的重要体现。国际机器人联合会（IFR）统计显示：2008—2018年全球工业机器人的年均销售增长率为23%，2019年以来，尽管受新冠肺炎疫情和国际贸易冲突的影响，销售增长趋缓，但仍维持高位运行，2020年的销量在截至2020年的历年销量中排名第三。我国工业机器人的销售和使用表现尤为突出，我国自2013年以来就一直是世界的工业机器人市场，其工业机器人密度（每万名工人所拥有的工业机器人数量）从远低于世界平均水平到超过世界平均水平，工业机器人产业蓬勃发展。

目前焊接机器人约占工业机器人应用总量的40%，且其规模仍在快速增长。随着我国人口红利下降，人力成本提升，“机器换人”已成为势不可挡的趋势。一方面，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；另一方面，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；此外，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。“厂厂都有机器人，家家都有机器人”的时代正在到来，对焊接机器人应用人才的需求也越来越迫切。

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。本书从企业对焊接专业本科生需求和焊接专业本科生特点出发做了如下尝试：首先，使学生掌握焊接机器人的基本原理，侧重于应用机器人而不是设计机器人；其次，从应用需要出发，侧重使学生掌握机器人组成结构、运动控制与系统集成相关的知识、能力与素质；再次，利用ABB公司的虚拟仿真软件——RobotStudio，实现对焊接机器人各应用环节的仿真，拓展“实践操作”时空维度，拉近理论与实践距离；后，侧重于使学生掌握用机器人解决焊接问题的思维，对机器人安装、维护等内容涉及较少。

本书由江苏科技大学黎文航、陈书锦、王加友、周方明、顾小燕、朱杰编写，其中黎文航编写了第1章、第5章，并负责全书统稿；陈书锦编写了第4章、第7章；王加友编写了第6章；周方明编写了第9章；顾小燕编写了第2章、第3章；朱杰编写了第8章。

感谢北人机器人系统（苏州）有限公司林涛副总经理、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、于瑞等在本书图形绘制、文字校对方面付出的努力。感谢南京波长光电科技股份有限公司朱华工程师、二重（镇江）重型装备有限公司孙亚杰高级工程师、南通振康焊接机电有限公司罗建坤高级工程师为本书提供的宝贵建议。

由于我们的水平有限，书中难免存在一些问题和不妥当之处，恳请广大读者批评指正。

编著者

书籍介绍

焊接机器人约占工业机器人应用总量的40%，是智能制造的重要体现。焊接机器人产业蓬勃发展，对焊接人才培养提出新需求。本书可以帮助焊接相关专业本科生掌握焊接机器人的基本原理和应用技术，初步具备应用焊接机器人的能力。 全书共分为9章，内容包括焊接机器人概述、焊接机器人的软件、机器人运动学、机器人驱动器与轨迹规划、焊接机器人编程、机器人传感器技术、焊接机器人的通信与系统集成、焊接机器人的配置、焊接机器人工作站等内容。本书还利用ABB公司的RobotStudio仿真软件实现相关技术的仿真和应用，解决了机器人系统建设成本高、机器人教学理论脱离实践、机器人操作存在安全隐患等问题，并便于实现虚拟仿真式、案例式、项目式教学。 本书可作为大学本科“焊接技术与工程”“材料成型及控制工程”（焊接方向）等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，还可以作为焊接及相关学科教师和工程技术人员从事科研与技术开发工作的参考书。