伺服系统与工业机器人
作者：李鑫
ISBN：978-7-111-74492-4
所属丛书：工业和信息化部“十四五”规划教材
本书分为上下两篇，共13章。上篇有7章，分别阐述伺服系统的相关概念、工作原理、控制以及伺服系统的应用，以台达伺服系统为例进行说明，加深读者的理解。下篇有6章，分别对工业机器人的相关概念、运动学、动力学以及系统进行了详细的解释，并以机器人在不同行业中的工作情况为例分类阐述，加强读者对机器人技术的理解。本书的内容能使读者轻松掌握伺服系统和机器人的核心知识及应用设计的实用方法。这些知识是广大机器人技术人员需要掌握的核心关键知识。希望本书能够为读者更深入地学习伺服系统和工业机器人技术起到抛砖引玉的作用。 本书可作为高等学校机器人工程、自动化、智能制造工程等相关专业的教材，也可供从事伺服系统、机器人等领域相关研究的人员参考使用。
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装订：平装
编辑：吉玲
开本：16
出版日期：
2024-03-29
字数：446 千字
最新版印次：1-1
最新印次时间：2024-03-29
定价：59.8
cip：2024002053
图书简介
本书分为上下两篇，共13章。上篇有7章，分别阐述伺服系统的相关概念、工作原理、控制以及伺服系统的应用，以台达伺服系统为例进行说明，加深读者的理解。下篇有6章，分别对工业机器人的相关概念、运动学、动力学以及系统进行了详细的解释，并以机器人在不同行业中的工作情况为例分类阐述，加强读者对机器人技术的理解。本书的内容能使读者轻松掌握伺服系统和机器人的核心知识及应用设计的实用方法。这些知识是广大机器人技术人员需要掌握的核心关键知识。希望本书能够为读者更深入地学习伺服系统和工业机器人技术起到抛砖引玉的作用。 本书可作为高等学校机器人工程、自动化、智能制造工程等相关专业的教材，也可供从事伺服系统、机器人等领域相关研究的人员参考使用。
作者信息
高等院校教师
章节目录
目?录
前言
上篇 伺服系统
第1章?伺服系统概述 2
1.1 伺服系统的定义与发展 2
1.1.1 伺服系统的定义 2
1.1.2 伺服系统的发展历史 3
1.2 伺服系统的组成 4
1.3 伺服系统的分类 5
1.3.1 按调节理论分类 5
1.3.2 按使用的驱动器件分类 7
1.3.3 按进给驱动和主轴驱动分类 8
1.3.4 按反馈比较控制方式分类 8
1.4 伺服系统的性能要求及影响其性能的
因素 11
1.4.1 伺服系统的性能要求 11
1.4.2 影响伺服系统性能的因素 13
1.5 伺服系统的应用场合及发展趋势 15
1.5.1 应用场合 15
1.5.2 发展趋势 17
习题与思考题 19
第2章 伺服电动机 20
2.1 伺服电动机概述 20
2.2 步进电动机 20
2.2.1 步进电动机的工作原理 20
2.2.2 步进电动机的特点与分类 23
2.2.3 步进电动机的主要参数 24
2.2.4 步进电动机参数举例 27
2.3 直流伺服电动机 27
2.3.1 直流伺服电动机的工作原理 27
2.3.2 直流伺服电动机的特点与分类 29
2.3.3 直流伺服电动机的主要参数 31
2.3.4 直流伺服电动机参数举例 32
2.4 交流伺服电动机 33
2.4.1 交流伺服电动机的工作原理 33
2.4.2 交流伺服电动机的特点与分类 35
2.4.3 交流伺服电动机的主要参数 36
2.4.4 交流伺服电动机参数举例 39
2.5 三大类伺服电动机的区别 40
2.6 伺服系统转动惯量及转矩的计算 41
2.6.1 负载转动惯量的计算 41
2.6.2 负载转矩的计算 43
2.6.3 伺服电动机的选用 47
2.7 伺服电动机的安全与寿命 49
习题与思考题 49
第3章?伺服驱动器 51
3.1 伺服驱动器的概述 51
3.2 交流伺服驱动器的结构与工作原理 52
3.2.1 交流伺服驱动器的结构 52
3.2.2 交流伺服驱动器的工作原理 53
3.3 交流伺服驱动器的参数与选型 60
3.3.1 交流伺服驱动器的主要参数 60
3.3.2 交流伺服驱动器的选型 60
3.4 交流伺服驱动器的接口与典型电路 61
3.4.1 操作面板 62
3.4.2 主回路接口 63
3.4.3 制动接口 63
3.4.4 IO接口 65
3.4.5?编码器接口 70
3.4.6?通信接口 72
3.4.7 典型电路 81
3.5 伺服驱动器的安全与寿命 82
习题与思考题 84
第4章?伺服系统常用测量元件 85
4.1 概述 85
4.2 编码器 85
4.2.1 编码器结构与原理 86
4.2.2 编码器的主要参数 89
4.2.3 编码器的输出信号 90
4.2.4 编码器的应用 90
4.3 旋转变压器 92
4.3.1 旋转变压器的结构 93
4.3.2 旋转变压器的工作原理 95
4.3.3 旋转变压器的主要参数 97
4.3.4 旋转变压器的输出信号及处理 98
4.3.5 旋转变压器的应用 99
4.4 光栅 101
4.4.1 光栅结构 101
4.4.2 光栅尺工作原理 101
4.4.3 光栅的辨向与信号处理 102
4.4.4 光栅的参数 103
4.4.5 光栅的应用 103
4.5 磁栅尺 105
4.5.1 磁栅的结构 105
4.5.2 磁栅的工作原理 106
4.5.3 磁栅的主要参数 107
4.5.4 磁栅的应用 108
习题与思考题 109
第5章?伺服系统的控制结构与模式 110
5.1 伺服系统的控制结构 110
5.1.1 三闭环结构 110
5.1.2 伺服系统的控制器 111
5.2 伺服系统的控制模式 112
5.2.1 转矩控制模式 112
5.2.2 速度控制模式 112
5.2.3 位置控制模式 113
5.2.4 位置/速度伺服控制模式 113
5.3 伺服系统的常见故障及产生的原因 114
5.3.1 功率电路（逆变器）类故障 115
5.3.2 硬件类故障 116
5.3.3 软件类故障 116
5.3.4 其他常见故障 116
5.4 伺服系统的常用软件 118
5.4.1 ASDA-Soft 118
5.4.2 lnoDriverShop 123
5.4.3 SINAMICS V-ASSISTANT 126
5.4.4 PANATERM 131
习题与思考题 136
第6章?伺服驱动器的参数配置 137
6.1 概述 137
6.2 位置闭环系统 138
6.2.1 位置模式控制架构 138
6.2.2 位置命令处理单元 138
6.2.3 位置控制单元 140
6.2.4 位置S型平滑器 141
6.2.5 电子齿轮比 142
6.2.6 位置模式低频抑振 142
6.3 速度闭环系统 144
6.3.1 速度模式控制架构 144
6.3.2 速度命令处理单元 144
6.3.3 速度控制单元 145
6.3.4 速度命令的平滑处理 146
6.3.5 模拟命令端比例器 147
6.3.6 共振抑制单元 147
6.4 转矩闭环系统 149
6.4.1 转矩模式控制架构 149
6.4.2 转矩命令处理单元 149
6.4.3 模拟命令端比例器 150
习题与思考题 150
第7章?伺服系统的应用 151
7.1 面向图形化的直角坐标机器人 151
7.1.1 硬件架构 151
7.1.2 软件设计 153
7.1.3 界面设计 154
7.2 电解机床 156
7.2.1 硬件架构 156
7.2.2 软件设计 159
7.2.3 界面设计 160
7.3 伺服在高压防污闪机器人上的应用 161
7.3.1 硬件架构 161
7.3.2 软件设计 165
7.3.3 界面设计 166
7.4 伺服在生产线上的应用 167
习题与思考题 168
下篇 工业机器人
第8章?工业机器人概论 170
8.1 工业机器人定义 170
8.2 工业机器人的分类 170
8.2.1 按机器人的结构坐标系特点
分类 170
8.2.2 按机器人的控制方式分类 171
8.2.3 按机器人的组成结构分类 172
8.2.4 按机器人的应用分类 173
8.3 工业机器人的主要技术参数 174
8.3.1 自由度 175
8.3.2 工作空间 175
8.3.3 工作载荷 175
8.3.4 控制方式 175
8.3.5 精度 176
8.3.6 最大工作速度 176
8.3.7 安装方式 176
8.4 工业机器人的主要技术参数实例 176
8.5 工业机器人的历史及发展趋势 178
8.5.1 工业机器人的历史 178
8.5.2 工业机器人的发展趋势 180
习题与思考题 181
第9章?工业机器人的运动学分析 182
9.1 简介 182
9.2 Denavit-Hartenberg约定 182
9.2.1 存在和唯一性问题 183
9.2.2 坐标系的配置 185
9.2.3 连杆正运动学实例 187
9.2.4 SCARA正运动学实例 193
9.3 逆运动学 195
9.3.1 一般的逆运动学问题 195
9.3.2 运动解耦 197
9.3.3 连杆逆运动学实例 198
9.3.4 SCARA逆运动学实例 202
习题与思考题 205
第10章?工业机器人的动力学分析 206
10.1 刚体动力学 206
10.1.1 刚体的动能和位能 207
10.1.2 动力学方程的两种求法 209
10.2 SCARA机器人的动力学分析 214
10.2.1 机器人正动力学分析 214
10.2.2 机器人逆动力学分析 216
习题与思考题 217
第11章?工业机器人系统 218
11.1 机器人本体结构 218
11.2 末端执行器 219
11.2.1 气吸式 219
11.2.2 机械夹持式 220
11.2.3 仿人型机器人手部 220
11.3 驱动系统 220
11.3.1 电动驱动 221
11.3.2 液压驱动 222
11.3.3 气动驱动 222
11.4 机器人感知系统 222
11.4.1 内部传感器 224
11.4.2 外部传感器 226
11.5 控制系统 231
11.5.1 示教器 231
11.5.2 控制器 233
11.5.3 上层控制器 234
习题与思考题 235
第12章?工业机器人编程语言 236
12.1 工业机器人编程语言的基本功能 236
12.2 工业机器人编程语言的分类 237
12.3 主流工业机器人编程环境及分类 240
12.4 ABB机器人编程软件RobotStudio
软件介绍 246
12.4.1 RobotStudio软件平台 246
12.4.2 坐标系 251
12.5 ABB机器人编程常用指令 255
12.5.1 常用指令 255
12.5.2 移动指令MoveJ 258
12.5.3 直线运动指令MoveL 259
12.5.4 圆周运动指令MoveC 260
12.5.5 运动指令MoveJDO 261
12.5.6 运动指令MoveLDO 262
12.5.7 运动指令MoveCDO 263
12.5.8 运动指令MoveJSync 264
12.5.9 运动指令MoveLSync 265
12.5.10 运动指令MoveCSync 266
12.5.11 运动指令MoveAbsJ 266
12.5.12 移动外部关节指令
MoveExtJ 268
12.6 台达机器人编程软件DRAStudio
介绍 269
12.6.1 软件平台 269
12.6.2 DRAStudio常用指令 270
习题与思考题 273
第13章 工业机器人工程应用及
实例 274
13.1 常见工业机器人的工程应用 274
13.1.1 搬运机器人 274
13.1.2 装配机器人 275
13.1.3 焊接机器人 275
13.1.4 喷涂机器人 277
13.2 工业机器人典型应用实例 278
13.2.1 基于SCARA机器人的免编程
系统开发实例 278
13.2.2 基于并联机器人的装箱系统 284
习题与思考题 287
参考文献 288
前言
上篇 伺服系统
第1章?伺服系统概述 2
1.1 伺服系统的定义与发展 2
1.1.1 伺服系统的定义 2
1.1.2 伺服系统的发展历史 3
1.2 伺服系统的组成 4
1.3 伺服系统的分类 5
1.3.1 按调节理论分类 5
1.3.2 按使用的驱动器件分类 7
1.3.3 按进给驱动和主轴驱动分类 8
1.3.4 按反馈比较控制方式分类 8
1.4 伺服系统的性能要求及影响其性能的
因素 11
1.4.1 伺服系统的性能要求 11
1.4.2 影响伺服系统性能的因素 13
1.5 伺服系统的应用场合及发展趋势 15
1.5.1 应用场合 15
1.5.2 发展趋势 17
习题与思考题 19
第2章 伺服电动机 20
2.1 伺服电动机概述 20
2.2 步进电动机 20
2.2.1 步进电动机的工作原理 20
2.2.2 步进电动机的特点与分类 23
2.2.3 步进电动机的主要参数 24
2.2.4 步进电动机参数举例 27
2.3 直流伺服电动机 27
2.3.1 直流伺服电动机的工作原理 27
2.3.2 直流伺服电动机的特点与分类 29
2.3.3 直流伺服电动机的主要参数 31
2.3.4 直流伺服电动机参数举例 32
2.4 交流伺服电动机 33
2.4.1 交流伺服电动机的工作原理 33
2.4.2 交流伺服电动机的特点与分类 35
2.4.3 交流伺服电动机的主要参数 36
2.4.4 交流伺服电动机参数举例 39
2.5 三大类伺服电动机的区别 40
2.6 伺服系统转动惯量及转矩的计算 41
2.6.1 负载转动惯量的计算 41
2.6.2 负载转矩的计算 43
2.6.3 伺服电动机的选用 47
2.7 伺服电动机的安全与寿命 49
习题与思考题 49
第3章?伺服驱动器 51
3.1 伺服驱动器的概述 51
3.2 交流伺服驱动器的结构与工作原理 52
3.2.1 交流伺服驱动器的结构 52
3.2.2 交流伺服驱动器的工作原理 53
3.3 交流伺服驱动器的参数与选型 60
3.3.1 交流伺服驱动器的主要参数 60
3.3.2 交流伺服驱动器的选型 60
3.4 交流伺服驱动器的接口与典型电路 61
3.4.1 操作面板 62
3.4.2 主回路接口 63
3.4.3 制动接口 63
3.4.4 IO接口 65
3.4.5?编码器接口 70
3.4.6?通信接口 72
3.4.7 典型电路 81
3.5 伺服驱动器的安全与寿命 82
习题与思考题 84
第4章?伺服系统常用测量元件 85
4.1 概述 85
4.2 编码器 85
4.2.1 编码器结构与原理 86
4.2.2 编码器的主要参数 89
4.2.3 编码器的输出信号 90
4.2.4 编码器的应用 90
4.3 旋转变压器 92
4.3.1 旋转变压器的结构 93
4.3.2 旋转变压器的工作原理 95
4.3.3 旋转变压器的主要参数 97
4.3.4 旋转变压器的输出信号及处理 98
4.3.5 旋转变压器的应用 99
4.4 光栅 101
4.4.1 光栅结构 101
4.4.2 光栅尺工作原理 101
4.4.3 光栅的辨向与信号处理 102
4.4.4 光栅的参数 103
4.4.5 光栅的应用 103
4.5 磁栅尺 105
4.5.1 磁栅的结构 105
4.5.2 磁栅的工作原理 106
4.5.3 磁栅的主要参数 107
4.5.4 磁栅的应用 108
习题与思考题 109
第5章?伺服系统的控制结构与模式 110
5.1 伺服系统的控制结构 110
5.1.1 三闭环结构 110
5.1.2 伺服系统的控制器 111
5.2 伺服系统的控制模式 112
5.2.1 转矩控制模式 112
5.2.2 速度控制模式 112
5.2.3 位置控制模式 113
5.2.4 位置/速度伺服控制模式 113
5.3 伺服系统的常见故障及产生的原因 114
5.3.1 功率电路（逆变器）类故障 115
5.3.2 硬件类故障 116
5.3.3 软件类故障 116
5.3.4 其他常见故障 116
5.4 伺服系统的常用软件 118
5.4.1 ASDA-Soft 118
5.4.2 lnoDriverShop 123
5.4.3 SINAMICS V-ASSISTANT 126
5.4.4 PANATERM 131
习题与思考题 136
第6章?伺服驱动器的参数配置 137
6.1 概述 137
6.2 位置闭环系统 138
6.2.1 位置模式控制架构 138
6.2.2 位置命令处理单元 138
6.2.3 位置控制单元 140
6.2.4 位置S型平滑器 141
6.2.5 电子齿轮比 142
6.2.6 位置模式低频抑振 142
6.3 速度闭环系统 144
6.3.1 速度模式控制架构 144
6.3.2 速度命令处理单元 144
6.3.3 速度控制单元 145
6.3.4 速度命令的平滑处理 146
6.3.5 模拟命令端比例器 147
6.3.6 共振抑制单元 147
6.4 转矩闭环系统 149
6.4.1 转矩模式控制架构 149
6.4.2 转矩命令处理单元 149
6.4.3 模拟命令端比例器 150
习题与思考题 150
第7章?伺服系统的应用 151
7.1 面向图形化的直角坐标机器人 151
7.1.1 硬件架构 151
7.1.2 软件设计 153
7.1.3 界面设计 154
7.2 电解机床 156
7.2.1 硬件架构 156
7.2.2 软件设计 159
7.2.3 界面设计 160
7.3 伺服在高压防污闪机器人上的应用 161
7.3.1 硬件架构 161
7.3.2 软件设计 165
7.3.3 界面设计 166
7.4 伺服在生产线上的应用 167
习题与思考题 168
下篇 工业机器人
第8章?工业机器人概论 170
8.1 工业机器人定义 170
8.2 工业机器人的分类 170
8.2.1 按机器人的结构坐标系特点
分类 170
8.2.2 按机器人的控制方式分类 171
8.2.3 按机器人的组成结构分类 172
8.2.4 按机器人的应用分类 173
8.3 工业机器人的主要技术参数 174
8.3.1 自由度 175
8.3.2 工作空间 175
8.3.3 工作载荷 175
8.3.4 控制方式 175
8.3.5 精度 176
8.3.6 最大工作速度 176
8.3.7 安装方式 176
8.4 工业机器人的主要技术参数实例 176
8.5 工业机器人的历史及发展趋势 178
8.5.1 工业机器人的历史 178
8.5.2 工业机器人的发展趋势 180
习题与思考题 181
第9章?工业机器人的运动学分析 182
9.1 简介 182
9.2 Denavit-Hartenberg约定 182
9.2.1 存在和唯一性问题 183
9.2.2 坐标系的配置 185
9.2.3 连杆正运动学实例 187
9.2.4 SCARA正运动学实例 193
9.3 逆运动学 195
9.3.1 一般的逆运动学问题 195
9.3.2 运动解耦 197
9.3.3 连杆逆运动学实例 198
9.3.4 SCARA逆运动学实例 202
习题与思考题 205
第10章?工业机器人的动力学分析 206
10.1 刚体动力学 206
10.1.1 刚体的动能和位能 207
10.1.2 动力学方程的两种求法 209
10.2 SCARA机器人的动力学分析 214
10.2.1 机器人正动力学分析 214
10.2.2 机器人逆动力学分析 216
习题与思考题 217
第11章?工业机器人系统 218
11.1 机器人本体结构 218
11.2 末端执行器 219
11.2.1 气吸式 219
11.2.2 机械夹持式 220
11.2.3 仿人型机器人手部 220
11.3 驱动系统 220
11.3.1 电动驱动 221
11.3.2 液压驱动 222
11.3.3 气动驱动 222
11.4 机器人感知系统 222
11.4.1 内部传感器 224
11.4.2 外部传感器 226
11.5 控制系统 231
11.5.1 示教器 231
11.5.2 控制器 233
11.5.3 上层控制器 234
习题与思考题 235
第12章?工业机器人编程语言 236
12.1 工业机器人编程语言的基本功能 236
12.2 工业机器人编程语言的分类 237
12.3 主流工业机器人编程环境及分类 240
12.4 ABB机器人编程软件RobotStudio
软件介绍 246
12.4.1 RobotStudio软件平台 246
12.4.2 坐标系 251
12.5 ABB机器人编程常用指令 255
12.5.1 常用指令 255
12.5.2 移动指令MoveJ 258
12.5.3 直线运动指令MoveL 259
12.5.4 圆周运动指令MoveC 260
12.5.5 运动指令MoveJDO 261
12.5.6 运动指令MoveLDO 262
12.5.7 运动指令MoveCDO 263
12.5.8 运动指令MoveJSync 264
12.5.9 运动指令MoveLSync 265
12.5.10 运动指令MoveCSync 266
12.5.11 运动指令MoveAbsJ 266
12.5.12 移动外部关节指令
MoveExtJ 268
12.6 台达机器人编程软件DRAStudio
介绍 269
12.6.1 软件平台 269
12.6.2 DRAStudio常用指令 270
习题与思考题 273
第13章 工业机器人工程应用及
实例 274
13.1 常见工业机器人的工程应用 274
13.1.1 搬运机器人 274
13.1.2 装配机器人 275
13.1.3 焊接机器人 275
13.1.4 喷涂机器人 277
13.2 工业机器人典型应用实例 278
13.2.1 基于SCARA机器人的免编程
系统开发实例 278
13.2.2 基于并联机器人的装箱系统 284
习题与思考题 287
参考文献 288
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