机器人工作站设计

本书结合理论知识与工程实例，通过高校与企业合作的三个典型工程应用案例，对教学用机器人工作站和自动化生产线进行剖析，详细阐述机器人系统集成的设计方法，提出了一套针对高校教学用机器人工作站的设计理念、设计思路及设计方法，内容丰富实用，可为机器人教育及工程实践提供理论指导与实践参考。

本书可作为高校机器人相关专业的课程指导用书，也可为从事工业机器人系统集成设计、机器人编程及电气调试的工程技术人员提供理论指导。

1.理论知识与工程实例相结合

2.详细阐述工业机器人系统集成设计方法

3.提炼教学用机器人工作站的设计理念、设计思路及设计方法

随着智能制造行业的快速发展、机器人工作站的大量应用，结构优化设计、虚拟仿真设计、电气系统设计及机器人离线编程逐渐成为机器人行业技术人员的必备技能。由于机器人工作站设计的复杂性、技术的集成性、调试的不确定性,以及机器人工程本科专业开办时间较短，机器人工作站系统集成设计中的很多应用性问题成为实践教学中的难点。本书在总结相关研究的基础上阐述机器人工作站设计的基础理论、技术方法及实践应用，为教学和工程中工业机器人系统集成设计、服务机器人结构设计提供了一定的理论与实践应用参考。

作者认为应用型本科高校机器人工程专业人才培养的理论与实践教学亟须增加机器人工作站设计方面的研究，撰写本书的初衷是解决高等院校机器人工程专业实践教学中遇到的机器人工作站系统集成问题。本书介绍的机器人工作站和自动化生产线系统集成设计的方法与思路，可为国内机器人相关专业师生学习机器人的理论提供有益参考，也可为解决机器人系统集成设计教学中的问题提供一定的理论与实践指导。

本书共分为5章，第1章为绪论，是全书的导论 ，引出概念和案例，为全书的主体结构框架；第2章为教学用汽车模型自动化生产线设计，基于教学用自动化生产线研究机械设计、电气设计及虚拟仿真，是全书的主线；第3章为教学用冲压机器人工作站设计，第4章为教学用焊接机器人工作站设计，以工作站设计与机器人软件仿真为重点，着重阐述设计和仿真过程，是全书的两翼；第5章为服务机器人结构设计，以服务机器人外形和内部结构优化设计为背景，研究服务机器人设计开发的基本流程。本书在开展机器人结构设计、系统集成及虚拟仿真中运用大量的图表进行分析，图文并茂、思路清晰、结构严谨。

书中赠送的相关机器人工作站图样，请联系QQ296447532获取。

书中的研究项目得到了武汉商学院的资助、武汉商学院机器人产学研中心合作企业的支持，以及同行工程师的技术指导，在此向帮助指导作者开展研究工作的所有单位和个人表示衷心的感谢。另外，作者还要感谢为本书成稿辛苦付出的同事们和同学们，本书能顺利成稿离不开同事们和同学们的帮助与支持；感谢出版社的编辑为本书的出版所付出的辛勤汗水;本书所参考的单位和个人的研究成果已在参考文献中列出，在此一并感谢。

由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，衷心希望广大读者朋友批评指正。

前言

第1章绪论1

1.1工业机器人系统集成技术1

1.2认识机器人工作站和生产线3

1.2.1汽车模型自动化生产线4

1.2.2传统焊接机器人工作站5

1.2.3冲压机器人工作站5

1.2.4服务机器人7

1.3机器人三维设计与仿真软件简介8

1.4电气设计软、硬件简介9

第2章教学用汽车模型自动化生产线

设计12

2.1理论意义与研究背景12

2.1.1理论意义 12

2.1.2研究背景12

2.2机械总体设计14

2.2.1方案设计14

2.2.2传动机构设计17

2.2.3气动装置设计20

2.2.4光电传感器选型22

2.3单体工作站结构设计23

2.3.1零件出库单元工作站结构设计23

2.3.2电主轴加工单元工作站结构

设计28

2.3.3钻孔加工单元工作站结构设计33

2.3.4加工检测单元工作站结构设计35

2.3.5喷涂中心单元工作站结构设计37

2.3.6车身装配单元工作站结构设计41

2.3.7小车入库单元工作站结构设计44

2.4生产线运动仿真47

2.4.1仿真简介47

2.4.2生产线仿真设计48

2.5生产线电气控制系统设计51

2.5.1电气系统总体设计与注意事项51

2.5.2零件出库单元工作站电气控制系统

设计52

2.5.3电主轴加工单元工作站电气控制系统

设计55

2.5.4钻孔加工单元工作站电气控制系统

设计57

2.5.5加工检测单元工作站电气控制系统

设计59

2.5.6喷涂中心单元工作站电气控制系统

设计60

2.5.7车身装配单元工作站电气控制系统

设计62

2.5.8小车入库单元工作站电气控制系统

设计63

2.5.9生产线总控台电气设计65

2.6生产线人机交互界面设计67

2.6.1MCGS组态软件与S71200 PLC

通信67

2.6.2零件出库单元工作站人机交互界面

设计71

2.6.3电主轴加工单元工作站人机交互界

面设计73

2.6.4钻孔加工单元工作站人机交互界面

设计75

2.6.5加工检测单元工作站人机交互界面

设计76

2.6.6喷涂中心单元工作站人机交互界面

设计77

2.6.7小车入库单元工作站人机交互界面

设计78

2.6.8生产线总控台人机交互界面

设计79

2.7工作站仿真设计80

2.7.1RobotStudio仿真软件简介80

2.7.2运动仿真步骤81

2.7.3仿真程序83

2.8总结84

第3章教学用冲压机器人工作站

设计85

3.1设计意义与设计背景85

3.1.1设计意义85

3.1.2设计背景85

3.2冲压机器人工作站概述与总体设计86

3.2.1冲压机器人工作站概述86

3.2.2冲压机器人工作站总体设计86

3.2.3冲压机器人工作站电气控制

方案89

3.3冲压机器人工作站结构设计90

3.3.1机器人手部夹具设计90

3.3.2压力机与转台92

3.3.3清洗机93

3.3.4整体设计93

3.4冲压机器人工作站仿真设计94

3.4.1设备布局与系统创建94

3.4.2创建Smart组件95

3.4.3创建工具坐标系97

3.4.4创建组件连接98

3.4.5离线编程示教100

3.5冲压机器人工作站电气系统设计103

3.6总结121

第4章教学用焊接机器人工作站

设计122

4.1设计意义与设计基础122

4.1.1设计意义122

4.1.2设计基础123

4.2焊接机器人工作站概述与总体

方案124

4.2.1焊接机器人工作站概述124

4.2.2焊接机器人工作站总体布局125

4.2.3焊接机器人工作站工艺流程126

4.2.4焊接机器人选型126

4.2.5运动学分析127

4.3焊接机器人工作站结构设计130

4.3.1定位夹具结构设计130

4.3.2变位机和底座结构设计131

4.4焊接机器人工作站仿真设计132

4.4.1设备布局与系统创建132

4.4.2变位机机械装置创建134

4.4.3事件管理器139

4.4.4创建轨迹路径141

4.4.5离线编程示教143

4.4.6参考程序145

4.5焊接机器人工作站电气设计146

4.5.1电气元器件选型146

4.5.2焊接机器人工作站电气原理

设计147

4.5.3PLC与机器人I/O分配154

4.5.4机器人通信155

4.5.5人机交互界面设计156

4.6总结160

第5章服务机器人结构设计161

5.1设计意义与设计背景161

5.1.1设计意义161

5.1.2设计背景161

5.2扫地机器人结构设计162

5.2.1工况分析162

5.2.2底盘和三维设计162

5.2.3电子元器件选型166

5.3图书分拣机器人结构设计167

5.3.1循迹移动底盘设计167

5.3.2机械臂选型168

5.3.3图书识别模块168

5.4总结169

参考文献170

目录