《工業機器人應用技術：結構·控制·仿真·集成》是一本全面系統介紹工業機器人技術的專業書籍。本書深入剖析了工業機器人的核心要素，從基礎理論到實踐操作，逐步展開。內容涵蓋工業機器人的發展歷程、基本概念、機械結構設計、數學基礎（含坐標系、運動學與動力學）、傳感系統（包括內外傳感器及多傳感器融合）、控制系統架構與控制策略，以及多種典型工業機器人的操作技巧。此外，本書還詳細介紹了工業機器人仿真技術，通過RobotStudio等主流軟件，幫助讀者掌握虛擬環境下機器人行為的模擬與優化。同時，結合實際案例，如碼垛、焊接、裝配等工作站的設計與仿真，展現了工業機器人在智能制造中的廣泛應用與集成能力。最后，本書配備同步課件及拓展閱讀資源，可幫助讀者更快更好地學習本書，提升技能。
本書主要可供智能制造、機器人等相關領域的工程技術人員閱讀參考，也面向高等院校及職業院校智能制造工程、機器人工程及相關專業師生，可作為該專業領域的通識類教材。

1.本書理論與實踐內容豐富，符合讀者的學習習慣和學習流程，在打好基礎的同時，逐漸提升實踐與操作技能； 2.本書作者結合自身多年教學經驗，編著此書，具有一定的系統性，在學習參考的同時，可掌握到作者的意圖； 3.本書內容全面，圖文并茂，超厚一本，物超所值。

工業機器人是實現智能制造的重要智能裝備，被譽為“制造業皇冠頂端的明珠”。為擺脫低端制造的標簽，中國非常重視工業機器人的發展。近年來，隨著工業4.0及“中國制造2025”等概念的持續推進，中國工業機器人產業得到了較好的發展。
工業機器人是廣泛用于工業領域的多關節機械手或多自由度的機器裝置，具有一定的自動性，可依靠自身的動力能源和控制能力實現各種工業加工制造功能。工業機器人被廣泛應用于電子、物流、化工等多個工業領域。
本書的寫作條理清晰、要點突出，將工業機器人的軟硬件、仿真與系統集成進行有序整合，闡述了工業機器人技術基礎及其應用。全書共分為9章：第1章主要介紹工業機器人的發展及其基本概念；第2章主要介紹工業機器人的機械結構組成相關知識；第3章介紹了與工業機器人相關的數學基礎，包括工業機器人的坐標系、運動學和動力學分析；第4章介紹了工業機器人的傳感系統，包括內部傳感器、外部傳感器和多傳感器融合等；第5章介紹了工業機器人的控制系統，包括控制系統結構、控制方式、控制策略和運動控制等；第6章介紹了ABB、SCARA等典型工業機器人的基本操作方法；第7章介紹了工業機器人虛擬仿真軟件的使用，主要介紹了RobotStudio和PQArt兩款軟件；第8章介紹了工業機器人的碼垛、焊接和裝配工作站，并利用軟件對碼垛工作進行虛擬仿真。
 在本書的撰寫過程中，參閱了一些圖書、論文以及其他形式的參考資料，并在書后的參考文獻中列出，以便讀者可以拓展閱讀。由于參考文獻較多，正文中未能一一詳細標注，敬請原作者和讀者諒解。
由于筆者理論和技術水平有限，本書難免有不妥之處，敬請專家、同行等廣大讀者批評指正。

編著者

第1章工業機器人概述1
1.1機器人簡介2
1.1.1機器人的發展歷程2
1.1.2機器人的定義13
1.2工業機器人簡介14
1.2.1工業機器人的發展歷程14
1.2.2工業機器人的定義22
1.2.3工業機器人的分類22
1.2.4工業機器人的組成26
1.2.5工業機器人的核心部件28
1.2.6工業機器人的主要技術參數29
1.2.7工業機器人的應用30
1.2.8工業機器人的發展趨勢33

第2章工業機器人的機械結構35
2.1工業機器人的機身36
2.1.1回轉與升降型機身結構36
2.1.2回轉與俯仰型機身結構37
2.1.3直移型機身結構37
2.1.4類人機器人型機身結構38
2.2工業機器人的手臂38
2.2.1手臂的運動38
2.2.2手臂的分類38
2.2.3手臂設計要求39
2.2.4機器人機身和臂部的配置39
2.3工業機器人的手腕41
2.3.1手腕的基本形式41
2.3.2手腕的分類41
2.3.3手腕的柔順結構43
2.4工業機器人的手部43
2.4.1手部的特點43
2.4.2手部的分類44
2.5工業機器人的驅動系統47
2.5.1驅動方式47
2.5.2驅動裝置48
2.5.3傳動機構58

第3章工業機器人的數學基礎64
3.1工業機器人的運動軸與坐標系65
3.1.1工業機器人的運動軸65
3.1.2工業機器人的坐標系65
3.2工業機器人的運動學分析68
3.2.1位置和姿態表示68
3.2.2坐標變換71
3.2.3齊次坐標變換72
3.2.4機器人空間連桿74
3.2.5工業機器人運動學和逆運動學75
3.3工業機器人的動力學分析83
3.3.1工業機器人的速度雅可比83
3.3.2工業機器人的力雅可比86
3.3.3動力學分析88
3.4Matlab Robotics工具包96
3.4.1基本函數使用方法96
3.4.2工具包中的運動學求解99
3.4.3工具包中的動力學求解102

第4章工業機器人的傳感系統106
4.1傳感器概述107
4.1.1傳感器的定義107
4.1.2傳感器的組成107
4.1.3傳感器的作用107
4.2工業機器人內部傳感器108
4.2.1位置傳感器108
4.2.2速度傳感器112
4.2.3加速度傳感器112
4.2.4傾斜角傳感器112
4.3工業機器人外部傳感器113
4.3.1視覺傳感器113
4.3.2觸覺傳感器115
4.3.3距離傳感器117
4.3.4力覺傳感器118
4.3.5碰撞傳感器119
4.4多傳感器信息融合119
4.4.1多傳感器信息融合的級別119
4.4.2多傳感器信息融合技術120
4.4.3多傳感器量測數據預處理121
4.4.4多傳感器信息融合算法121
4.4.5多傳感器信息融合在工業機器人中的應用122

第5章工業機器人的控制系統125
5.1工業機器人控制系統概述126
5.1.1工業機器人控制系統要素126
5.1.2工業機器人控制系統特點126
5.1.3工業機器人控制系統功能127
5.1.4工業機器人控制系統分類129
5.2工業機器人控制系統129
5.2.1工業機器人控制系統組成129
5.2.2工業機器人控制系統結構130
5.2.3工業機器人的控制器132
5.3工業機器人的控制方式137
5.3.1控制方式的分類137
5.3.2位置控制137
5.3.3速度控制138
5.3.4力（力矩）控制139
5.3.5智能控制139
5.4工業機器人的控制策略139
5.4.1自適應控制140
5.4.2變結構控制140
5.4.3魯棒控制140
5.4.4智能控制141
5.5工業機器人的運動控制142
5.5.1路徑規劃142
5.5.2軌跡規劃144
5.5.3Matlab Robotics工具包中的軌跡規劃146

第6章工業機器人的基本操作149
6.1工業機器人的編程150
6.1.1編程任務150
6.1.2在線示教151
6.1.3離線編程151
6.2ABB工業機器人的基本操作153
6.2.1ABB工業機器人簡介153
6.2.2ABB工業機器人示教器的使用156
6.2.3ABB工業機器人的手動操作162
6.2.4ABB工業機器人坐標系的建立166
6.2.5ABB工業機器人的通信172
6.2.6ABB工業機器人的編程173
6.3SCARA機器人的基本操作178
6.3.1SCARA機器人簡介178
6.3.2SCARA機器人系統180
6.3.3SCARA機器人示教器的使用183
6.3.4SCARA機器人的編程191
6.4Delta機器人的基本操作196

第7章工業機器人的虛擬仿真197
7.1工業機器人的虛擬仿真軟件197
7.1.1RobotStudio198
7.1.2PQArt199
7.2RobotStudio199
7.2.1RobotStudio的特點199
7.2.2機器人系統的創建與調試200
7.2.3RobotStudio的離線編程220
7.3基于PQArt的工業機器人仿真242

第8章工業機器人工作站243
8.1概述243
8.1.1工業機器人工作站組成與設計243
8.1.2工業機器人生產線246
8.2工業機器人工作站系統分析247
8.2.1碼垛機器人工作站247
8.2.2焊接機器人工作站251
8.2.3裝配機器人工作站260
8.3工業機器人碼垛工作站虛擬仿真263
8.3.1機器人吸盤的創建263
8.3.2傳送帶組件的創建275
8.3.3放置工件路徑的創建282
8.3.4程序的編寫286

第9章工業機器人的實際應用293
9.1加工企業包裝流水線雙垛型高速碼垛系統293
9.2工業機器人在智能制造中的應用293

參考文獻295