《工业机器人技术及应用 第3版》课件 第1-5章 绪论、工业机器人的机械结构 -工业机器人运动控制

工业机器人技术及应用(第3版)第1章

绪

论认识工业机器人战略价值，树立行业责任与使命。明晰产业格局与智能制造关联，培养系统全局思维。01价值塑造02知识传授03能力培养掌握工业机器人基本概念与工作原理。了解发展历程及未来趋势。熟悉产业现状与市场格局。掌握核心知识，能分析解决生产实际应用问题。明确机器人在智能制造中的作用，具备系统集成与创新能力。Chapter1学习目标知识地图国之重器知识讲解拓展阅读知识测评01````01什么是工业机器人020304工业机器人发展概况工业机器人的诞生工业机器人发展现状工业机器人未来发展趋势为何发展工业机器人工业机器人产业现状全球市场格局产业发展模式产业扶持政策国之重器知识讲解拓展阅读知识测评知识地图学习目标02Chapter1工业机器人：科技走入生活，保障民生福祉，助力制造强国发展展望:推动制造业升级与服务业转型，未来将在更多领域应用，为制造强国注入动力。推动社会进步、助力制造强国建设，保障民生福祉。工业机器人核心价值马鞍山长江公路大桥应用厦门后溪长途客运站应用钢结构制造环节，工业机器人高精度完成切割、焊接，提升质量与效率，缩短建设周期。支撑智能售票、引导系统建设，实现设备巡检维护，保障车站稳定运转，提升旅客体验。知识地图知识讲解拓展阅读知识测评国之重器学习目标Chapter103知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标GB/T12643—2025《机器人词汇》将工业机器人定义为“自动控制且可重复编程的多用途操作机，能对三个或更多的轴编程，能固定在某一位置或固定在移动平台上，在工业自动化中使用”。工业机器人包括操作机、控制器和某些集成的附加轴。美国机器人协会将工业机器人定义为一种用于移动各种材料、零件、工具和专用装置的，用可重复编制的程序动作来执行各种任务的多功能操作机。日本科学家森政弘与合田周平提出，工业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、奴隶性七个特征的柔性机器。1.1什么是工业机器人Chapter104两大属性机械和人结构化通用性智能化工业机器人是在二维平面或三维空间模仿人体肢体动作（主要是上肢操作和下肢移动）的多功能执行机构，具有形式多样的机械结构类型，并非一定是“仿人型”的。工业机器人可根据生产需求灵活改变程序，控制“身体”完成一定的动作，具有执行不同任务的实际能力。工业机器人在执行任务时基本不依赖于人的干预，具有不同程度的环境适应能力，包括感知环境变化的能力、分析任务空间的能力和执行操作规划的能力等。知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标1.1什么是工业机器人三大基本特征Chapter105人力成本持续上涨，制造业严控生产成本，企业亟需以机器人转型，摆脱传统廉价劳动力依赖。社会老龄化加剧，养老服务人力缺口持续扩大，亟需智能机器人填补服务缺口、赋能养老服务。人类探索深海、太空等极端环境日渐频繁，各类灾害与安全事故频发。人类身处此类场景作业风险高、难度大，亟需机器人替代完成高危艰巨任务。主要目的：在不违背“机器人三原则“的前提下，让机器人协助或替代人类工作，实现生产自动化和柔性化。

知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标1.2为何发展工业机器人Chapter106工业机器人的诞生1920“机器人”一词是1920年由卡雷尔·恰佩克首先提出的，它成为这词的起源并一直沿用至今。1954年，美国人乔治·德沃尔（G.C.Devol）成功申请“通用机器人”专利。195419591959年，乔治·德沃尔和约瑟夫·恩格尔伯格合作研制出世界上首台数字化可编程工业机器人Unimate,可用于点对点搬运工作。1961年，美国通用汽车公司首次将Unimate应用于生产线，这标志着第一代可编程控制再现型工业机器人的诞生。19611.3工业机器人发展概况知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标Chapter107知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标工业机器人发展现状1.3工业机器人发展概况悉数国际主流的工业机器人产品，其发展方向无外乎两类悉数国际主流的工业机器人产品，其发展方向无外乎两类超级机器人负载大、精度高、速度快的灵巧机器人以柔性臂、双臂、人机协作等为代表Chapter108知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标工业机器人发展现状——超级机器人1.3工业机器人发展概况汽车、铸造、建材等行业常需搬运重型构件，德国KUKA、日本Fanuc顺势研制出各自的“明星级”重载型工业机器人。KukaKR1000Titan世界上第一款六轴重载型机器人，额定负载为1000kg，位姿重复性为±0.１mm。FanucM-2000iA/2300通过与FanuciRVision组合搭配，可实现机器人作业的高可靠性。除KukaKR1000Titan这类固定式重载机器人外，多款重载型全向移动重载机器人，可满足船舶、航空等领域大件产品灵活型生产KukaomniMoveKukaomniMove采用麦克纳姆轮结构，搭配激光雷达无标识自主导航，狭小空间亦可全向灵活移动。模块扩展性强，可毫米级精准转运超大重型构件。Chapter109

此处配套数字教学资源，详细使用方法见PPT第二页使用指南知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标工业机器人发展现状1.3工业机器人发展概况超级机器人Motoman-MotoMINI2015年，日本Yaskawa公司开发的迷你型工业用六轴台式机器人，本体质量仅为7kg，轻量化优势显著，运行速度翻倍、作业节拍缩短25%，适配电子行业柔性生产需求。灵巧机器人农副食品、医药、电器及3C等行业，普遍存在分拣、拾取、装箱、装配等重复性作业。FanucM-1iA/FanucM-2iA/FanucM-3iA日本Fanuc推出的多款适配轻工搬运装配的并联机器人，负载规格齐全。机身小巧可多角度安装，防护等级高耐水洗，搭配视觉、力觉传感实现智能作业，广泛应用于分拣、装配、包装等产线。Chapter110

此处配套数字教学资源，详细使用方法见PPT第二页使用指南知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标工业机器人发展现状——灵巧机器人1.3工业机器人发展概况在追求绿色、高效、安全和生产多样化的今天，新一代协作机器人将能够直接与人类员工并肩工作，实现互补协作。KukaMobileRoboticsiiwaFanucM-2000iA/2300全球首款真正实现人机协作的双臂机器人，轻量化外表可缓冲外部撞击，人机协同作业安全便捷。Motoman-SIA30D/SDA10D2025年起，日本Yaskawa推出八款增设肘部关节的SIA系列七轴单臂机器人，负载5至50kg，高度模拟人体手臂动作；同时研发SDA系列双臂协作机器人，其中SDA10D配备腰部回转轴，双臂均为七轴驱动，作业精度高、活动范围广，可完成单臂设备难以实现的工件转运、翻转及协同装配等复杂工作。依托AGV平台搭载轻型机械臂，可自主完成抓取、分拣与转运，适用于仓库等狭小场地作业。Chapter111学习与进化问题研究基于反馈机制的在线学习算法，依托自主迭代学习与经验借鉴提升性能，达成协同进化，适配动态环境与复杂作业任务。环境理解问题研究机器人在自然、不可预知、动态环境中的感知技术。行为方式及安全问题研究机器人与人在紧密接触、密切配合行为过程中确保人—机—物安全的技术。交互问题研究机器人作为“人类助手”，乃至进入普通人生活，及与之相适应的自然、友好、智能的人机交互技术。01040203传统工业机器人仅具备作业功能，而新一代机器人更侧重类人特性，兼具智能、易用、安全与交互能力，其发展需攻克环境、行为、交互及学习进化四大难题。知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标工业机器人未来发展趋势1.3工业机器人发展概况Chapter112其他国家目前在全球制造业领域，工业机器人使用密度已经达到

162台/万人，尤其工业发达国家（韩国）的机器人使用密度超过1000台/万人。中国自2013年起，我国持续蝉联全球第一大工业机器人应用市场，2023年的销量达到27.6万台/套（机器人使用密度为470台/人，虽已超过全球平均水平，但与发达国家仍有较大差距），占全球市场份额的约五成。总体格局IFR发布的报告显示，2023年中日韩等主要国家的工业机器人销售总计约占全球销量的

70％。知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标全球市场格局1.4工业机器人产业现状Chapter113知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标全球市场格局1.4工业机器人产业现状Chapter114核心零部件生产工业机器人产业链机器人本体制造系统集成行业应用机器人核心零部件生产企业处于产业链的上游，负责提供五大机器人核心零部件，包括高精密减速器、高性能机器人专用伺服电动机及驱动器、高速高性能控制器、传感器和末端执行器。中游是机器人本体制造企业，负责设计本体、编写软件，采购或自制零部件，以组装方式生产本体，然后通过经销商、代理商、贸易商等销售给系统集成商。下游是系统集成商，直接面向终端客户，国内企业主要集中在这个环节上。长三角地区是我国机器人产业发展核心高地，已建成涵盖上游核心零部件、中游机器人本体、下游系统集成的完整产业链，技术实力与产品创新能力位居全国前列。自《中国制造2025》实施后，我国机器人企业超万家，形成六大产业集聚区域。珠三角地区依托区域内良好的应用市场基础，重点发展机器人系统集成业务，加速推动本地制造业转型升级。京津冀地区人才、政策、金融条件优越，聚焦搭建智能机器人创新平台，人工智能对产业赋能拉动效果显著。东北地区稳固工业与特种机器人产业优势，产业链体系完善，依托龙头企业与科研院所研发实力，积淀充足核心技术与自主知识产权。中部地区集聚多家本土知名机器人企业，着力打造规模化生产示范基地，依托战略布局与政策扶持形成产业集聚优势。西部地区着力引进国内外头部机器人企业，依托其成熟运营模式与产业集聚效应，助推本地中小机器人初创企业加速发展。知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标全球市场格局1.4工业机器人产业现状Chapter115于数控机床和伺服电动机的领先优势，发展工业机器人产业。瑞士ABB是电气化时代的开拓者，涉足机器人领域，具备电气技术优势。瑞士ABB德国KUKA德国KUKA从焊机系统延伸到机器人领域。相对于其他三大著名机器人企业，ＫUKA是最专注于机器人业务的公司。日本Fanuc世界上首家使用机器人来生产机器人的公司，也是世界上首家提供集成视觉系统的机器人企业。日本YaskawaYaskawa产品主打高附加值机械设备、配套机械控制器等核心产品。知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标产业发展模式1.4工业机器人产业现状Chapter116

此处配套数字教学资源，详细使用方法见PPT第二页使用指南智能化时期产业发展期产业孕育期技术准备期产业形成期工业机器人产业发展美、日、欧工业机器人产业发展已经完成前四个阶段并形成各自的产业模式。美国的优势在系统集成，日本强调产业链分工，欧洲更为重视本体加集成的整体。我国机器人产业还处于产业发展期，应从“美国模式”着手，在条件成熟

（真正突破机器人本体大规模国产化）后逐步向“日本模式”靠近。知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标产业发展模式1.4工业机器人产业现状Chapter117我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，《中国制造2025》站在历史的新高度，从战略全局出发，明确提出我国实施制造强国战略的第一个十年的行动纲领，将“高档数控机床和机器人”作为大力推动的重点领域之一，并在重点领域技术创新路线图中明确我国未来十年机器人产业的发展重点主要为两个方向：0102开发工业机器人本体和关键零部件系列化产品，推动工业机器人产业化及应用，满足我国制造业转型升级迫切需求。突破智能机器人关键技术，开发一批智能机器人，积极应对新一轮科技革命和产业变革的挑战。整体而言，我国机器人产业链日趋完善，区域特色鲜明、集聚效应凸显，但仍存在研发薄弱、盈利水平偏低等短板。知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标产业扶持政策1.4工业机器人产业现状Chapter11801系统集成是目前主流，核心零部件是成本瓶颈。02有较强技术能力的集成公司会先于机器人制造企业发展。03在一段时间内工业机器人市场还是以国外主流产品为主。04能攻克高精密减速器、高性能机器人专用伺服电动机及驱动器、高速高性能控制器等核心零部件的国内公司有望实现进口替代。国内机器人产业发展趋势知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标产业扶持政策1.4工业机器人产业现状Chapter119智能制造与工业机器人智能制造是制造强国建设主攻方向，助力两化融合与产业改革，夯实实业根基，赋能新型工业化发展。智能制造新一轮变革与国际竞争下，我国制造业坚守智能制造发展主线，向全球价值链中高端迈进，其体系可从三方面维度构建阐述。智能制造领域不可或缺的一员———工业机器人人口红利消退、智造转型提速，工业机器人应用愈发广泛，且适配智能制造多维度架构体系。知识地图国之重器知识测评学习目标拓展阅读知识讲解Chapter120知识地图国之重器学习目标知识讲解知识测评拓展阅读1.填空题智能化高精密减速器中国不同程度的环境适应能力Chapter121（１）工业机器人的三个基本特征包括结构化、通用性和

。（２）工业机器人的核心零部件包括

、高性能机器人专用伺服电动机及驱动器、高速高性能控制器等。（３）持续蝉联全球第一大工业机器人应用市场的是

。（４）工业机器人的智能化特征表现在它们在执行任务时基本不依赖于人的干预，具有

。知识地图国之重器学习目标知识讲解知识测评拓展阅读2.选择题（１）工业机器人的（

）特征强调了它们能够适应不同的工作环境和任务需求。Ａ.结构化

Ｂ.通用性

Ｃ.移动性

Ｄ.智能化（２）“机器人三原则”是指（

）。Ａ.机器人必须服从人类命令、保护自身安全、完成分配任务Ｂ.机器人不得伤害人类、服从人类的一切命令、保护自身的安全Ｃ.机器人必须优先服务人类、保护环境、不违反操作规程Ｄ.机器人必须自我复制、自我升级、自我维护CChapter122BB知识地图国之重器学习目标知识讲解知识测评拓展阅读2.选择题（３）正确描述工业机器人产业的发展趋势的选项是

（

）。Ａ.工业机器人市场将完全由国内产品主导Ｂ.工业机器人将完全取代人工劳动力Ｃ.工业机器人产业将向系统集成和核心零部件自主研发方向发展Ｄ.工业机器人的研发和应用将完全停止增长CChapter123知识地图国之重器学习目标知识讲解知识测评拓展阅读2.选择题（４）工业机器人“四大家族”指的是（

）。Ａ.ABB、KUKA、Fanuc、YaskawaＢ.Panasonic、OTC、Kawasaki、NachiＣ.KUKA、Reis、COMAU、YaskawaＤ.ABB、KUKA、Simens、Bosch（５）2023年工业机器人使用密度最高的国家是（

）。Ａ.中国

Ｂ.日本

Ｃ.德国

Ｄ.美国AAChapter124知识地图国之重器学习目标知识讲解知识测评拓展阅读3.判断题（１）工业机器人的“智能化”特征意味着它们能够完全自主工作，不需要任何人类干预。

（）（２）工业机器人产业扶持政策主要集中在提供财政补贴和税收优惠。

（）（３）工业机器人产业的发展趋势显示，系统集成商和核心零部件制造商将在市场中占据主导地位。（）（４）工业机器人的“通用性”特征允许它们在不改变硬件结构的情况下，仅通过软件更新来适应不同的任务。

（）

（５）我国在推动工业机器人产业发展方面，主要侧重于机器人本体的制造，而不是关键零部件的研发和系统集成。

（）Chapter125×√×√×工业机器人技术及应用(第3版)第2章

工业机器人的机械结构认识工业机器人技术的复杂性和精密性，培养细节的敬畏之心。了解并思考技术的应用性，激发自身探索精神。01价值塑造02知识传授03能力培养掌握工业机器人的常见分类及其特点。理解基本组成及其功能。掌握末端执行器、关节及驱动装置的设计与应用。掌握工业机器人机械结构的设计原理和分析方法。明确性能评估的方法，具备实践选型的能力。学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter201````01工业机器人的常见分类020304工业机器人末端执行器工业机器人的基本组成工业机器人关节及驱动基本构型驱动装置传动装置`05工业机器人的性能指标操作机控制器示教盒国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评知识地图学习目标Chapter202工具型末端执行器夹持器

轴数

位姿准确度及位姿重复性最大单关节（轴）/路径速度

额定负载

工作空间

工业机器人：超级工程之中国公路建设的“机械师”

发展展望:我国工程师们攻坚克难，打造贯穿纵横的中国高速公路系统，使得中国公路四通八达

我国交通基建发展迅猛，现已建成完备的海陆空综合交通网络，规模位居世界前列，为经济社会发展筑牢支撑。交通基础设施建设成就雅西高速公路应用蒙华铁路中条山隧道应用智能焊接机器人依托精密传感与自动控制系统，高效完成焊接作业，保障路桥结构安全。爬行机器人、凿岩机器人等工业机器人多任务协同作业，提高效率和可行性。知识讲解典型案例拓展阅读知识测评学习目标国之重器知识地图Chapter2032.1工业机器人的常见分类典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器智能程度维度计算智能机器人以编程、微机计算为主，主要被应用在精度要求不高的搬运作业场合。感知智能机器人通过各种传感技术的应用，提高其自身对外部环境的适应性。认知智能机器人除具备完善的感知能力，还可以“自主”规划任务和运动轨迹。应用领域维度工业机器人搬运机器人焊接机器人涂装机器人加工机器人装配机器人洁净机器人其他机器人Chapter2

此处配套数字教学资源，详细使用方法见PPT第二页使用指南042.2工业机器人的基本组成工业机器人１—机器人控制器

２—示教盒３—操作机（机器人本体）机构模块控制模块相应的连接电缆操作机控制器示教盒用于机器人运动的传递和运动形式的转换，由驱动机构直接或间接驱动关节模块和连杆模块执行用于记录机器人的当前运行状态，实现机器人传感、交互、控制、协作、决策等功能05典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter22.2工业机器人的基本组成操作机操作机是机器人执行任务的机械主体，主要由关节和连杆构成串联式机器人①—腰关节（J1—轴）②—肩关节（J2—轴）③—肘关节

（

J3—轴

）

④、⑤、⑥—腕关节（J4—轴/J5—轴/J6—轴）机器人的每个活动关节都包含一根以上可独立转动（旋转）或移动的运动轴，机器人腰、肩、肘三轴定义为主关节轴，用于承载手腕并确定其空间位置；腕部运动轴定义为副关节轴，用以支承末端执行器，调控其空间位姿。并联式机器人①—运动支链１②—运动支链２③—运动支链３并联机器人本体由动平台、定平台及对称同向运动支链组成，支链含主动臂与平行四边形从动臂，依靠伺服电机驱动实现三维平动。其多杆支撑结构搭配轻质碳纤维杆件，相较串联机器人动力性能更优，运动速度与加速度表现更佳。机器人本体主要由关节模块和连杆模块构成，并由定位机构（手臂）连接定向机构（手腕），手腕端部末端执行器的位姿调整可以通过主、副关节的多轴协同运动合成。机器人本体主要由关节模块和连杆模块构成，并由定位机构（手臂）连接定向机构（手腕），手腕端部末端执行器的位姿调整可以通过主、副关节的多轴协同运动合成。06典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter22.2工业机器人的基本组成控制器07控制器

（controller）可看作工业机器人的“大脑”，是实现机器人传感、交互、控制、协作和决策等功能的硬件以及若干应用软件的集合，是机器人“智力”的集中体现。控制器应用软件控制传感工艺通信用户可借助内嵌于机器人控制器中的应用软件快速建立机器人系统（下列以Fanuc为例）。硬件决定机器人性能边界，软件挖掘硬件潜能并定义运行逻辑，依托软件革新驱动机器人产业升级已成行业主流。在工程实际中，控制器的主要任务是根据任务程序指令以及传感器反馈信息支配操作机完成规定的动作和功能，并协调机器人与周边辅助设备的通信。典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter22.2工业机器人的基本组成示教盒08示教盒

（TeachPendant)是与机器人控制系统相连，用于机器人手动操作、任务编程、诊断控制以及状态确认的手持式人机交互装置。作为选配件，用户可通过计算机或平板电脑替代示教盒进行机器人运动控制和程序编辑等操作。由于国际上暂无统一标准，目前已投入市场的示教盒多属于品牌专用。典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter22.3工业机器人末端执行器09末端执行器（EndEffector）是为使机器人完成其任务而专门设计并安装在操作机末端（机器人手腕端部）机械接口处的装置，它是机器人与作业对象、周边环境交互的前端。在GB/T19400—2003《工业机器人抓握型夹持器物体搬运词汇和特性表示》中，将末端执行器分为工具型末端执行器和夹持器两种类型。本身能进行实际工作，但由机器人手臂移动或定位的末端执行器。夹持器├─

抓握型夹持器│

├─

外抓握（外卡式）│

└─

内抓握（内胀式）└─

非抓握型夹持器

├─

气吸附式

├─

粘接式

└─

托铲式工具型末端执行器夹持器夹持器是一种抓取和握持物体或物料的末端执行器。按照夹持原理的不同，可将夹持器分为抓握型夹持器和非抓握型夹持器两种类型前者用一个或多个手指搬运物体，后者是以铲、钩、穿刺和黏着，或以真空/磁性/静电等悬浮方式搬运物体。典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter22.4工业机器人关节及驱动广义上的机器人本体也可以视为一种空间开式或闭式运动链杆件机构，所以机器人需三轴定位、三轴调姿，依作业需求选配自由度组合。夹持器├─

抓握型夹持器│

├─

外抓握（外卡式）│

└─

内抓握（内胀式）└─

非抓握型夹持器

├─

气吸附式

├─

粘接式

└─

托铲式关节的基本构型工业机器人本体是由一系列杆件和连接它们的转动或移动关节

（运动副）构成。常见的

１～３自由度工业机器人的关节

（运动副），包括移动副、转动副、螺旋副、圆柱副、球销副和球面副等。搬运码垛上下料类作业仅需物料点位转运，工业机器人通常具备三自由度，同等自由度也可搭配多种关节构型。典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter2

此处配套数字教学资源，详细使用方法见PPT第二页使用指南102.4工业机器人关节及驱动11为让机器人的执行机构———操作机能够产生动作，需要给机器人本体的每个关节

（轴）安装动力驱动装置。按动力源的类型划分，工业机器人关节的驱动方式主要分为液压驱动、气压驱动和电动驱动三种。夹持器├─

抓握型夹持器│

├─

外抓握（外卡式）│

└─

内抓握（内胀式）└─

非抓握型夹持器

├─

气吸附式

├─

粘接式

└─

托铲式关节的驱动装置随着机构驱动技术的进步，近年来直接驱动解决方案可以获得更高的负载加速、更低的功耗，同时降低系统惯量。直接驱动技术的概念，涉及替换耦合到传统伺服电动机的某种形式的机械传动装置，如齿轮箱、同步带和带轮。电动驱动器(包括步进电动机和直流/交流伺服电动机)是现代工业机器人的一种主流驱动方式，且大都采用一个关节轴一个驱动器。直流无框力矩电动机典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter22.4工业机器人关节及驱动12工业机器人各关节的受控运动可由力矩电动机直接驱动

（如协作机器人），或是通过同步带、钢丝绳、滚珠丝杠、平行连杆、行星轮系等机械传动装置进行间接驱动。关节的传动装置采用电动驱动的工业机器人动力传动核心部件是精密减速器，它是利用齿轮的速度转换器，将电动机的转动数减速到所要的转动数，并得到较大转矩的动力传达装置，相当于人的肌肉。概括来讲，传统工业机器人普遍采用的精密减速器主要是RV摆线针轮减速器和谐波齿轮减速器。从实际安装位置来看，一般将RY摆线针轮减速器安置在肩关节和肘关节等承载能力较大的部位(20kg以上),而将谐波齿轮减速器安置在腕关节等承载能力较小的部位(20kg以下)。典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter22.5工业机器人的性能指标13不同的应用领域，工业机器人的技术性能和参数不尽相同，但关键性能指标均包括：轴数、额定负载、工作空间、位姿准确度及位姿重复性、最大单关节(轴)/路径速度。轴数轴数是对工业机器人动作灵活性的度量。一般来说，轴数越多，工业机器人的动作越灵活，相应的机械结构和运动控制也会变得更加复杂，所以轴数的选择应视机器人应用而定。需要注意的是，垂直关节型工业机器人本体的各关节轴通常仅有

１个自由度，即机器人的自由度等于它的轴数，但不超过

６自由度。额定负载额定负载是在正常操作条件下作用于工业机器人手腕端部机械接口，且不会使工业机器人性能降低的最大负载。机器人选型应以额定负载为基本参考，并增加10%～20%的可扩展余量作为额定负载的估算数据。需要注意的是，附加负载则多作用于机械臂身，并非腕部接口。典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter22.5工业机器人的性能指标14工作空间工作空间是对机器人运动范围或动作可达性的度量，它是指机器人手腕参考点所能掠过的空间，不包括末端执行器和工件运动时所掠过的空间，一般用图形表示。显而易见，垂直关节型工业机器人能以最小的连杆参数获取最大的工作空间，凭借该优势在制造业应用广泛。位姿准确度及位姿重复性位姿准确度为指令位姿与实际平均位姿偏差，位姿重复性体现多次定位的离散程度；路径准确度是指令路径与实际平均路径差值，路径重复性反映多次行走路径的重合精度。工业机器人位姿准确度偏低，重复性精度更高，二者相差１～２个数量级，故厂商参数多仅标注位姿重复性,通常用“±”表示。典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter22.5工业机器人的性能指标单关节(轴)速度是单个关节(轴)运动时指定点所产生的速度[单位为(°)/s表示];路径(合成)速度是在各轴联动的情况下，工具中心点沿路径每单位时间内位置的变化(单位为mm/s、cm/min)。工业机器人的运行速度是影响生产率或企业产能的重要指标，机器人制造商提供的产品性能参数表中基本都会列出最大单关节(轴)速度。只是不同的客户对于速度的要求也不一样，这取决于完成任务所需的循环时间。最大单关节(轴)/路径速度综上所述，当选择工业机器人的型号时，应根据客户的要求以及客户对机器人品牌的熟悉程度，再综合上述工业机器人的关键性能指标进行筛选，以便选择一款性价比合适的机器人产品。典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter215拓展阅读知识测评学习目标知识地图国之重器Chapter2典型案例知识讲解焊接机器人系统随着工业领域智能化、绿色化进程的不断深入，实现焊接产品制造自动化与柔性化已成为提高焊接质量和生产率的必然趋势。作为一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成几乎所有焊接位置的先进制造装备，焊接机器人具有保证焊接质量的稳定性和一致性、提高生产率、改善工作条件等优点，成为焊接技术升级的主要标志。策略分析：焊接领域机器人应用，是执行系统与焊接工艺系统的深度融合。机器人搭载焊枪完成轨迹作业，焊接系统提供焊接热源，辅助设备优化作业工况，传感系统实时感知纠偏，协同保障焊接精准稳定。由此，从焊接机器人、焊接系统、工艺辅助设备和传感系统四个维度即可全面认知焊接机器人系统构成。案例作用：明晰机器人系统构成与功能，加深对应用体系认知，掌握编程特性，夯实实操应用基础。

此处配套数字教学资源，详细使用方法见PPT第二页使用指南1617智能协作机器人焊接智能制造蓬勃发展，智能机器人已成产业主流发展方向。人机协作融合新兴技术，依托协作机器人释放广阔发展潜能。智能制造蓬勃发展，智能机器人已成产业主流发展方向。人机协作融合新兴技术，依托协作机器人释放广阔发展潜能。制造业人机协作应用日趋普及，高精度复杂焊接场景对协作机器人提出更高要求。针对焊接行业高门槛、高成本、高场地需求难题，Fanuc联合Lincoln推出智能协作机器人焊接系统，由协作机器人、焊接电源与送丝机构组成。该设备占地小巧、移动灵活，支持拖拽示教与简易编程，人机协同作业效率高，适配多类焊接生产、维保修复及教学实训场景。人机协作并不局限于在工业领域为智能制造服务。事实上，人机协作在军事、安防、农林、医疗、餐饮等专业服务领域也同样迎来了快速的发展，具备人机交互和融合功能的智能协作机器人也势必走进更为广阔的应用领域。知识测评学习目标知识地图国之重器知识讲解拓展阅读典型案例Chapter21.填空题（１）工业机器人按智能程度划分，第一代工业机器人是

，其基本工作原理是

。第二代工业机器人被称为

，它们通过各种传感技术的应用，提高了机器人对外部环境的适应性。（２）串联机器人的本体结构主要由机座、肩部、手臂（包括大臂和小臂）和

等部件构成。（３）工业机器人的末端执行器分为工具型末端执行器和

两种类型。学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例知识测评拓展阅读18计算智能机器人示教-再现感知智能机器人手腕夹持器Chapter22.选择题（１）工业机器人的“大脑”指的是

（

）。Ａ.操作机

Ｂ.控制器

Ｃ.末端执行器

Ｄ.传感器（２）关于工业机器人的关节，（

）的说法是正确的。Ａ.所有工业机器人关节都是垂直关节型Ｂ.直角坐标型机器人由三个轴线相互垂直的单自由度移动副构成Ｃ.圆柱坐标型机器人由两个单自由度转动副和一个单自由度移动副构成Ｄ.球坐标型机器人只有两个自由度BB19学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例知识测评拓展阅读Chapter22.选择题（３）工业机器人的谐波齿轮减速器主要用于

（

）。Ａ.机座

Ｂ.肩部

Ｃ.腕关节

Ｄ.末端执行器（４）工业机器人的负载核算中，额定负载不包括

（

）。Ａ.工件重量

Ｂ.末端执行器重量Ｃ.机器人本体重量

Ｄ.连接装置重量CC20学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例知识测评拓展阅读Chapter23.判断题（１）工业机器人的感知智能完全依赖于外部传感器，与内部的控制系统无关。

（

）（２）工业机器人的“示教—再现”原则意味着机器人只能执行预先编程的动作。

（

）（３）工业机器人的位姿准确度通常高于位姿重复性。

（

）（４）工业机器人的谐波齿轮减速器和

ＲＶ摆线针轮减速器在机器人的关节传动中应用普遍，前者适用于承载能力较小的部位，后者适用于承载能力较大的部位。

（

）×√×√21学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例知识测评拓展阅读Chapter2工业机器人技术及应用(第3版)第3章

工业机器人坐标系明晰复杂工况下机器人精度与安全准则，塑造严谨务实的工程思维。掌握机器人操作规范，培育协作意识与合规作业职业素养。01价值塑造02知识传授03能力培养掌握工业机器人的运动轴及其分类。理解工业机器人的常见坐标系及其应用。熟悉工业机器人的安全操作规范和点动方式。熟练掌握坐标系设置与切换，可灵活运用完成复杂编程作业。掌握机器人安全操作技能，可快速识别并处置各类安全隐患。学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter301国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评知识地图学习目标Chapter302````01工业机器人系统运动轴020304工业机器人安全认知安全防护装置常见安全标志安全操作规程工业机器人常见坐标系工业机器人点动方式增量点动机器人连续点动机器人本体轴附加轴关节坐标系工件坐标系工具坐标系工业机器人：大国建造之水利水电工程的“安全员”

发展展望:水利工程建设稳步推进，探寻工业机器人发展的广阔前景。水电工程力求水能最大化，高危区域勘测难度大，工业机器人可精准采集数据，筑牢作业安全防线。赋能水电高危工况作业玛尔挡水电站应用乌东德水电站应用巡检与视觉机器人自动巡查监测，传回数据支撑决策；遇险情可深入危险区域，辅助开展救援工作。智能巡检机器人全天候监测设备、预警隐患，工业机器人替代高危作业，提质增效护安全。知识讲解典型案例拓展阅读知识测评学习目标国之重器知识地图Chapter303

此处配套数字教学资源，详细使用方法见PPT第二页使用指南3.1工业机器人系统运动轴典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器按照运动轴的所属系统关系的不同，可将工业机器人系统的运动轴划分为两类：Chapter304本体轴主要指构成机器人本体（操作机）的各关节运动轴，属于工业机器人。附加轴指除机器人本体轴以外的运动轴，包括移动或转动机器人本体的基座轴（如线性滑轨，属于工业机器人）、移动或转动工件的工装轴（如焊接变位机，属于周边辅助设备）等。本体轴和基座轴的作用主要是实现机器人末端执行器或工具中心点（TCP）的空间定位与定向，而工装轴的作用主要是支承工件并确定其空间定位。3.1工业机器人系统运动轴典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter305本体轴第一代商用工业机器人

（计算智能机器人）普遍采用六轴垂直关节结构。六根轴分为主、副两组，三轴主关节模拟手臂动作，实现空间定位；三轴副关节模拟手腕姿态，完成方位调整。第二代商用工业机器人

（感知智能机器人）大多采用

７轴垂直关节型机器人。与第一代机器人相比较，第二代机器人多出一根肘关节轴，可以模拟人体手臂的扭转动作。3.1工业机器人系统运动轴典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter306附加轴复杂异形及大型工件作业，单凭机器人本体难以保障灵活度与可达范围。增设基座、工装等附加轴，可提升系统灵活性与使用性价比。基座轴基座轴集成可将机器人多姿态搭载于移动平台，构成移动式混联机器人。依托平台轴体模拟肢体移动，有效拓宽作业范围、提升灵活度与可达性。工装轴工装轴集成以焊接变位机为主，可多维度调整工件位置，协助机器人保持最优作业姿态，保障加工质量稳定统一。附加轴分两类：控制器直控为内部轴，可示教盒分组控制和查看附加轴的位置状态，能与本体轴协同运动；外部控制器（如PLC）管控为外部轴，无法通过示教盒直接操作查看附加轴的位置状态。3.2工业机器人常见坐标系典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器坐标系是为确定工业机器人的位姿而在机器人本体或空间上进行定义的位置指标系统。它从一个称为原点的固定点

Ｏ通过轴定义平面或空间，机器人位姿通过沿坐标系轴的测量而定位和定向。Chapter3机器人在物理关节空间中的运动描述是以各关节轴的零点为基准的，测量单位为(°);在笛卡儿(直角)空间中的运动描述为TCP(或工具坐标系)相对机座坐标系(或工件坐标系，由机座坐标系变换而来)的空间位置和指向，测量单位为mm(空间位置，如Fanuc的X、Y、Z)和(°)(空间姿态，如Fanuc的W、P、R)。目前，第一代和第二代工业机器人系统基本都配置有关节、机座、工具和工件(用户)等机器人点动坐标系。除关节坐标系外，其他坐标系均归属于直角坐标系，其主要差别是原点位置和坐标轴方向略有差异。

此处配套数字教学资源，详细使用方法见PPT第二页使用指南073.2工业机器人常见坐标系典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器关节坐标系(JointCoordinateSystem,JCS)是固接在机器人系统各关节轴线上的一维空间坐标系。它犹如空间刚体受五重约束，仅保留单轴直线移动或单轴旋转运动。Chapter308对于工业机器人而言，它拥有与机器人系统运动轴数相等的关节坐标系，且每个关节坐标系通常是相对前一关节坐标系而定义的。在关节坐标系中，工业机器人系统各运动轴均可实现单轴正向和反向转动(或移动)。虽然各品牌机器人本体运动轴的命名有所不同，但它们的关节运动规律相同。关节坐标系适用于点动工业机器人较大范围运动或变更系统某一运动轴位置(如奇异点解除调整腕部轴),且运动过程中不需要约束机器人工具姿态的场合。关节坐标系

附加轴仅支持关节坐标系点动操控。主流控制器可分组管控数十轴，单组上限九轴；操作时切换对应轴组，配合对应的

【上档键】

＋

【运动键】组合键即可点动控制。3.2工业机器人常见坐标系典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter309工件坐标系

工件坐标系工件坐标系(ObjectCoordinateSystem,OCS)是编程员根据需要参照作业对象自定义的三维空间正交坐标系，又称为用户坐标系。未定义时与机座坐标系重合，其原点和轴向均依托机座坐标系确定。机座坐标系机座坐标系(BaseCoordinateSystem,BCS)是固接在工业机器人机座上的直角坐标系。多数厂商把第1根轴轴线与基座安装面交点设为基座坐标系原点，少数品牌原点界定方式不同。工业机器人本体轴在机座坐标系中的运动基本为多轴联动。机座坐标系适用于点动工业机器人在笛卡儿空间移动且机器人工具姿态保持不变，以及绕TCP定点转动的场合。点动工业机器人本体轴在工件坐标系中的运动基本为多轴联动，且方便通过绕TCP定点转动来调整工具姿态。工件坐标系适用于点动工业机器人沿焊道（平行）移动或绕焊道定点转动，以及运动轨迹平移和镜像等高级任务编程场合。3.3工业机器人安全认知典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter310安全防护装置市场上现有的工业机器人绝大多数属于传统工业机器人，即需要在机器人最大空间边界使用固定式安全防护装置

（可拆卸掉的护栏、屏障、保护罩等）或活动式安全防护装置（手动操作或电动的各种门和保护罩等）规划出安全防护空间。常见安全标识为预防工业机器人功能测试、编程和操作过程中的安全事故，通常在机器人系统各模块的醒目位置安装

（贴）相应的安全标志。3.3工业机器人安全认知典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter311安全操作规程工业机器人本体、配套系统及生产线存在机械、电气、噪声等公认潜在安全风险，且作业风险具备动态变化特性。GB/T11291.1—2011提供了在设计和制造工业机器人时的安全保证建议；GB/T11291.2—2013提供了从事工业机器人系统集成、安装、功能测试、编程、操作、保养和维修的人员安全防护准则。手动模式手动模式(ManualMode)分为手动降速模式(T1模式或示教模式)和手动高速模式(T2模式或高速程序验证模式)。T1模式TCP限速250mm/s，适配编程调试与维保；T2模式可全速运行，用于程序试运行核验。自动模式自动模式（AutomaticMode）是机器人控制系统按照任务程序运行的一种操作方式，也称为Auto模式或生产模式。3.4工业机器人点动方式典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter3手动模式下常采用点动操控,“点”指的是点按

【运动键】，“动”的意思是机器人运动，点动就是“一点一动、不点不动”，意在强调现场工程师手把控运动方向与速度。一般来说，点动工业机器人有增量点动和连续点动两种操控方式。增量点动机器人机器人现场工程师每点按

【运动键】，轴体按预设步距转动或移动，到位即停；重复按键便可循环步进运动。增量点动机器人适用于手动操作和任务编程时离目标(指令)位姿接近的场合，主要是对机器人末端执行器(或工件)的空间位姿进行精细调整。微速、低速工况下，长按运动键也仅完成单次步进位移或转角。增量点动机器人

此处配套数字教学资源，详细使用方法见PPT第二页使用指南123.4工业机器人点动方式典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter3无论是增量点动机器人还是连续点动机器人，均应遵循点动工业机器人的基本流程。不同品牌的工业机器人在示教盒功能启用、点动坐标系切换、运动轴选择及其伺服电源接通等方面存在差异性。连续点动机器人机器人现场工程师持续按住【运动键】,轴体将以设定好的速度连续转动或移动，松开按键即刻停止运动。连续点动机器人适用于手动操作和任务编程时离目标（指令）位姿较远的场合，主要是对机器人末端执行器（或工件）的空间位姿进行快速粗调整。连续点动机器人

此处配套数字教学资源，详细使用方法见PPT第二页使用指南13拓展阅读知识测评学习目标知识地图国之重器Chapter3典型案例知识讲解工业机器人零点校准零点校准通过将机器人本体的机械信息与位置信息同步来定义其物理位置，保障定位精度。零点校准在每次控制器开启时自动进行，维修、配件更换后应重新校准。策略分析：一旦机器人关节运动轴的零点数据丢失，机器人唯一能做的运动就是单轴正向和反向转动(或移动)。遵循手动操控机器人的基本流程，选择T1模式→启动示教盒功能→选择关节坐标系→调整机器人速度倍率(低速)→消除报警信息→点动机器人J1轴，直至零点标记对齐案例作用：深化对机器人系统“何时以何种方式动何关节运动轴”的理解，为后续机器人任务编程夯实基础。

此处配套数字教学资源，详细使用方法见PPT第二页使用指南1415机器人视觉系统坐标系多技术融合推动机器人智能化升级，逐步从单机智能迈向智能系统,机器视觉是智能制造核心技术，可满足识别、测量、检测等作业需求，搭载视觉算法后，机器人环境感知与自主作业能力显著增强。视觉传感器采集的环境数据无法直接供机器人使用，二者坐标计量体系不同。机器人以长度、角度定位三维空间位置，相机则以像素定义二维图像点位，基准差异易造成动作指令偏差。因此使用视觉数据前，必须完成手眼标定，搭建起两者的坐标关联。知识测评学习目标知识地图国之重器知识讲解拓展阅读典型案例Chapter3机器人手眼标定的本质是两个坐标系之间转换关系的标定。在得到坐标变换矩阵后，可将相机像素坐标转化为机器人空间坐标，再结合运动学模型计算关节运动参数，进而控制机器人抵达目标位置完成作业。16机器人视觉系统坐标系知识测评学习目标知识地图国之重器知识讲解拓展阅读典型案例Chapter3固定式相机放置在固定位置，眼在手外，eye-to-hand,坐标变换矩阵为相机到机器人工件坐标系（或机座坐标系）的固定变换矩阵objectTcamera外置式相机固定在机器人末端，眼在手上，eye-in-hand,坐标变换矩阵为相机到机器人工具坐标系的变换矩阵toolTcamera综上，常见的工业机器人手眼标定所涉及的坐标系包括机座坐标系、工具坐标系、工件坐标系、相机坐标系、图像坐标系和像素坐标系。固定式标定依次完成机座到工件、工件到相机、相机到图像、图像到像素的坐标转换；外置式则依次从机座转工具、工具转相机，再投影至图像，最终映射为像素坐标。1.填空题（１）工业机器人系统的运动轴可以分为两类：

和

。（２）第一代商用工业机器人基本采用

机器人本体。（３）在工业机器人中，

是将工具中心点(TCP)或工具尖点设为原点的坐标系。（４）工件坐标系(ObjectCoordinateSystem,OCS)是用户对每个作业空间进行自定义的笛卡儿坐标系，也称为

。（５）工业机器人的手动模式分为

和

。学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例知识测评拓展阅读17Chapter3本体轴附加轴6轴垂直关节型工具坐标系用户坐标系手动降速模式手动高速模式2.选择题（１）在工业机器人的运动轴中，（

）是构成机器人本体的各关节运动轴。Ａ.基座轴

Ｂ.本体轴

Ｃ.附加轴

Ｄ.工装轴（２）不是工业机器人坐标系的描述的选项是

（

）。Ａ.世界坐标系是与机器人的运动无关的固定坐标系Ｂ.机座坐标系是以机器人本体静止部分为参考对象的坐标系Ｃ.工具坐标系是固接在机器人末端执行器的坐标系Ｄ.工件坐标系是固接在机器人本体上的坐标系18学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例知识测评拓展阅读Chapter3BD2.选择题（３）在工业机器人中，关于工件坐标系描述的正确的选项是

（

）。Ａ.工件坐标系是用户自定义的笛卡儿坐标系Ｂ.工件坐标系与机座坐标系的定义完全不同Ｃ.工件坐标系不能进行坐标偏移和转动Ｄ.工件坐标系只能有一个，不能有多个定义19学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例知识测评拓展阅读Chapter3A2.选择题（４）工业机器人的点动方式中的增量点动适用于

（

）的情况。Ａ.需要快速移动机器人末端执行器到较远位置Ｂ.对机器人末端执行器的空间位姿进行精细调整Ｃ.需要机器人持续运动直到松开运动键Ｄ.机器人自动执行任务程序时的运动控制20学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例知识测评拓展阅读Chapter3B2.选择题（５）根椐工业机器人的安全操作规程要求，在手动模式下，（

）的行为是禁止的。Ａ.携带水杯和饮品进入安全防护空间Ｂ.用力摇晃和扳动操作机Ｃ.在操作机上悬挂重物Ｄ.以上所有行为21学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例知识测评拓展阅读Chapter3D3.判断题（１）工业机器人的附加轴不属于工业机器人系统的一部分。

（２）工业机器人的基座轴和工装轴都属于附加轴，它们可以提高系统集成应用的灵活性和费效比。

（３）工具坐标系和机械接口坐标系的原点位置和坐标轴方向在机器人出厂时默认是完全重合的。

（４）在工业机器人的编程和操作中，工件坐标系是固定不变的，不能根据作业空间进行自定义。

（５）机器人现场工程师在手动模式下操作机器人时，应始终注意机器人的运动状态，并随时准备使用紧急停止按钮以应对潜在危险。

22学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例知识测评拓展阅读Chapter3（

）（

）（

）（

）（

）×√√×√工业机器人技术及应用(第3版)第4章

工业机器人运动规划理解工业机器人复杂应用，锤炼创新思维，探索解题思路，提升问题解决能力。明晰编程验证严谨性，通晓理论实操流程，建立预验证优化思维。01价值塑造02知识传授03能力培养掌握工业机器人编程的核心内容与要素。理解工业机器人轨迹描述与编程方法。掌握工业机器人程序创建验证与优化的完整流程。掌握机器人编程全流程，完成分析、规划、编程与调试优化。掌握离线仿真实操，依托软件优化程序，降调试成本、提编程质量效率。学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter401国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评知识地图学习目标Chapter402````01工业机器人编程内容020304工业机器人轨迹编程编程方法编程指令工业机器人轨迹描述工业机器人程序创建与验证运动轨迹工艺条件动作次序工业机器人：超级工程之港口码头工程的“快递员”

发展展望:我们要钻研核心技术,不断创新拓展。工程师承袭传统航运智慧，精进技术赋能港口发展。全球前十港口我国占六席，稳固我国全球货物贸易首位地位。科技铸就港口辉煌珠江三角洲应用青岛港海岸线应用智能分拣机器人搭载传感与视觉技术，可自主识别分拣货物，设备间无线协同作业。分拣机器人搭载激光雷达、深度相机等传感器，采集货物全维度信息，依托视觉技术完成识别与特征提取。知识讲解典型案例拓展阅读知识测评学习目标国之重器知识地图Chapter4034.1工业机器人编程内容典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器a因技术尚未成熟，现在企业引入的工业机器人仍然以第一代工业机器人为主，它的基本工作原理是“示教—再现”。示教是操作人员引导机器人记录作业动作并存储程序；再现即调取程序，让机器人按设定精度复现作业流程。使用机器人代替工人进行自动化作业，必须预先赋予机器人完成作业所需的信息，即运动轨迹、工艺条件和动作次序。Chapter404运动轨迹运动轨迹是为完成规定的作业任务，机器人工具中心点(TCP)在给定的时间或速度条件下所掠过的路径。从控制方式看，工业机器人具有点到点(PTP)运动和连续路径(CP)运动两种形式，分别适用于非作业区间和作业区间。按运动路径区分，工业机器人具有直线、圆弧、直线摆动和圆弧摆动等典型动作类型，其他复杂轨迹均可组合生成。针对规则的机器人运动轨迹,原则上仅需示教几个关键位置的点位信息。各指令位姿之间的连续路径运动则由机器人控制系统的路径规划模块通过插补运算生成。4.1工业机器人编程内容典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter405工艺条件是“机器人+”应用的核心所在，直接关乎企业“机器代人”“机器换人”投资达成率。机器人作业工艺条件的设置主要有三种方法：直接输入，在工艺指令中直接给定工艺参数；间接调用，通过工艺指令调用数据库表格或文件；手动设置，如机器人弧焊作业时焊丝干伸长度和保护气体流量大小。动作次序是机器人系统内部各组成部分之间，以及多个机器人系统之间何时、以何种方式产生协同(或协调)运动的集中体现。动作次序规划直接影响机器人作业效率，简易任务中轨迹与次序规划相互融合。设备间协同运作需兼顾质量、时效与安全，可借助逻辑指令实现协调控制。工艺条件动作次序

此处配套数字教学资源，详细使用方法见PPT第二页使用指南4.2工业机器人轨迹描述典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter4熟知工业机器人任务编程的核心内容后，针对具体任务应首先进行机器人运动轨迹编程，关键在运动规划，包括路径规划和末端执行器姿态调整两方面。路径规划连接起点位置和终点位置的序列点或曲线称为路径（Path），而构成路径的策略称为路径规划（PathPlanning）。机器人路径规划是让机器人携带末端执行器在工作空间内找到一条从起点到终点的无碰撞安全路径。为简化编程、快速搭建程序，将运动路径拆解为各类关键位姿并预先设定。原点为作业基准安全位；过渡点用于规避障碍物、优化运动姿态；参考点就近调整工具姿态；作业点则是机器人执行实际操作的位置。末端执行器姿态调整机器人路径规划意在找出机器人完成作业任务所经过的一系列路径点和停止点。上述目标指令位姿除定义机器人末端执行器或工具中心点（TCP）的空间位置外，还包含机器人末端执行器的空间指向（工具姿态）。064.3工业机器人轨迹编程典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter407目前常用的工业机器人的编程方法有两种，示教编程（TeachProgramming）和离线编程（Off-lineProgramming）编程方法示教编程工程师手动拖拽或点动示教定位，借助专属语言记录轨迹、工况与动作顺序。示教编程上手简便，还可修正机械误差，但现场操作繁琐低效，存在安全隐患，轨迹精度依赖人工判断。示教编程依托与机器人分离的专业软件搭建作业模型，离线完成机器人轨迹规划与程序编写。相较示教编程，离线编程可缩减停机时间、规避作业风险等，但存在学习成本、简易任务效率偏低等。显然，无论示教编程，还是离线编程，都离不开机器人“示教”“再现”两大环节。示教负责程序编制调试，再现自动运行程序作业4.3工业机器人轨迹编程典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter408机器人的编程指令是厂商定制专用编程指令，指令组合参数形成语句，汇总构成作业程序。工业机器人的编程指令包含运动、工艺、信号处理、流程控制和数据运算等五类常用指令。编程指令运动指令运动指令按指定速度与动作类型控制TCP位移，包含关节运动指令、直线运动指令和圆弧运动指令等。机器人运动指令主要由动作类型、位置坐标、运动速度、定位方式和附加选项(可选项)等五大要素构成，不同品牌的机器人的运动指令要素呈现形式有所不同。工艺指令机器人工艺指令是对机器人作业开始和作业结束等控制以及作业工艺条件设置的相关指令，视细分应用领域而不同。码垛指令依托寄存器与垛形计算点位路径，动态修正坐标，实现自动化堆垛作业，包括码垛开始指令、码垛运动指令和码垛结束指令等。焊接指令是指定机器人何时、如何进行焊接的指令，包含焊接开始指令、焊接结束指令和焊接速度指令等。启停指令区间内执行运动语句，机器人即可完成连续施焊。4.3工业机器人轨迹编程典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter409编程指令信号处理指令流程控制指令出于工艺流程和安全生产等的考虑，机器人在携带末端执行器完成运动轨迹的同时，需要基于系统感知信息在适时条件下，完成与工艺设备和辅助设备间的合理动作次序。流程控制指令可跳转程序行、调整动作顺序，包含跳转与等待类指令。系统动作规划统筹各类设备运作逻辑。信号指令负责读写交互信号，涵盖数字、模拟及机器人IO指令。在实际任务编程时，机器人信号处理指令的调用既可以与运动轨迹的编程同步，又可以滞后于运动指令。此过程需要经常插入、变更或删除任务程序中已调用的信号处理指令。4.4工业机器人程序创建与验证典型案例拓展阅读知识测评学习目标知识地图知识讲解国之重器Chapter410基于“示教一再现”原理的工业机器人，其完成作业所执行的运动轨迹、工艺条件和动作次序均靠现场工程师编制的任务程序实现。任务程序构成

任务程序包含两部分：数据声明和指令集合。前者是机器人任务编程过程中形成的相关数据，以规定的格式予以保存；后者是机器人完成具体操作的编程指令程序，一般由行号码、行标识、指令语句和程序结构记号等构成。行号码机器人制造商为提高任务程序的阅读性，以及便于编程员快速定位任务程序指令语句而自行开发的一种数字助记符号。行标识机器人制造商为提高任务程序的阅读性，以及警示编程员关键示教点用途或机器人工具中心点(TCP)运动状态而自行开发的一种图形助记符号。指令语句机器人制造商为让机器人执行特定功能而自行开发的专用编程语言。指令及其参数构成指令语句，若干指令语句的集合构成机器人任务程序。程序结构记号机器人制造商为提高任务程序的阅读性而自行开发的一种文本助记符号，一般包括程序开始记号和程序结束记号。4.4工业机器人程序