工业机器人应用系统集成 薛亚平 工业机器人系统集成项目实战 工业机器人 技术机电一体化技术电气自动化技术智能控制技术课程

工业机器人应用系统集成

薛亚平、陈琳、周杰 主编

开本:16

ISBN：9787122465665

化学工业出版社

内容简介

本书将工业机器人应用系统集成的职业岗位要求，全国职业院
校技能大赛“机器人系统集成应用技术”赛项相关知识、技术技
能、职业标准、技术标准，“工业机器人集成应用”职业技能等级标
准深度融合，通过编写团队教师自主设计集成开发的“水果自动分
拣工业机器人应用系统”中设计与实施的完整过程呈现。基于西门
子S7-1200PLC、TP700人机界面、V90PN伺服系统及康耐视视
觉等主流工业自动化设备，系统构建硬件组态、工业通信网络及软
件开发全流程实践体系。通过工业机器人系统集成项目实战，培养
学生掌握器件选型与系统设计、设备安装与调试、PLC/HMI程序开
发、机器视觉算法应用、伺服运动控制等核心技能。重点强化工业
机器人控制程序开发、多设备协同调试、智能制造系统集成等岗位
能力，助力学生构建符合现代工业4.0需求的工业机器人应用系统
集成开发与实施能力。项目实施过程中有机融入思政教育、劳动教
育、职业素养教育，全面落实立德树人的根本任务。
本书可作为高等职业院校或五年贯通中等职业院校工业机器人
技术、机电一体化技术、电气自动化技术、智能控制技术等专业相
关课程教材，也可供智能制造行业控制工程技术人员参考学习。

前 言

本书背景
工业机器人能够代替人工完成繁重、乏味或有害环境下的体力劳动，为工业生产提供了高效、精确的解决方案。随着技术的不断进步，工业机器人在经济社会的各个领域都发挥着越来越重要的作用，其发展对于提升生产效率、改善工作环境和促进产业升级具有重要意义。近年来，工业机器人行业得到快速发展，产量全年保持增长。工业机器人应用领域和关键岗位逐步拓宽，工业机器人产业发展前景非常喜人。
工业机器人通常由本体、电控柜及示教器构成，属于标准化产品。其功能实现需搭配大量外围设备，以构建有效工业自动化生产系统。系统集成通过软件开发及系统整合为终端客户提供解决方案，是工业机器人自动化应用的核心环节。
“工业机器人应用系统集成”课程是工业机器人技术专业的专业核心课程。职业教育国家专业教学标准中明确指出，工业机器人技术专业要培养能够从事工业机器人应用系统集成工作的高素质技术技能人才。标准中也明确标明，工业机器人技术专业核心课程和实习实训课程都必须包含“工业机器人应用系统集成”课程。
内容结构
本书以工业机器人应用系统集成职业岗位所需知识、能力、素养的培养为目标，以工业机器人应用系统的集成开发完整过程为主线，教学内容中融入全国职业院校技能大赛“机器人系统集成应用技术”赛项相关知识、技术技能、职业标准、技术标准，内容对接“工业机器人集成应用”职业技能等级标准，全面融入思政教育元素，贯穿劳动教育过程。本书以真实项目“水果自动分拣工业机器人应用系统”为载体，主要介绍工业机器人应用系统规划设计、设备选型、硬件安装测试、软件开发调试等内容，项目教学内容框架如图1所示。
本书秉承“项目引领、任务驱动、行动导向”理念，在职业活动中使学生掌握知识形成能力。项目导入部分主要包括项目描述、项目图谱、项目要求；项目实施部分主要包括任务目标、任务要求、知识准备、任务实施、工作任务单、任务评价和任务拓展，形成以目标为导向、评价为反馈的学习闭环；项目评价采用问卷形式，对教学组织、授课内容、授课老师等指标进行测评，全面了解学生对项目学习的感想收获，便于教师进行教学改进。教材组织结构如图2所示。
（1）项目描述：介绍本项目的实施背景、任务内容，以及各子任务间的逻辑关联。
（2）项目图谱：清晰描绘项目中所覆盖并需要掌握的知识点、技能点，帮助学生从宏观角度梳理学习思路，系统性地把握项目学习内容。
（3）项目要求：明确该项目的总体学习要求，主要涵盖了思路素养、职业素养、信息素养、劳动素养等方面的综合要求，旨在促进学生德智体美劳的全面发展。
本书特色
1.科教融汇、项目引领
在智能制造产业背景下，本书依托团队教师自主集成开发的真实项目“水果自动分拣工业机器人应用系统”，以培养学生工业机器人应用系统的设计、集成、开发为目标，采用“项目引领、任务驱动、行动导向、学做合一”的方式，符合项目集成开发实施流程、学生认知规律和实践性要求，使学生在真实完成任务的过程中，习得知识、提升技能和素养。
2.课程思政、育人为本
以坚定理想信念，培育社会主义核心价值观、职业素养和工匠精神为课程思政目标，全面深入挖掘蕴含于教材之中的思政元素，采用案例渗透、体验探究等方法，将爱国主义、法治意识、规范意识、劳动价值观教育等融入、贯穿教学全过程。各任务中设置了思考讨论等内容，实现教材德育的隐性渗透，为教师和学生开展课程思政教育提供了双向借鉴。
3.书证融通、对接标准
本书将“工业机器人集成应用”职业技能等级标准（中级）的技能点与项目内容进行匹配，对项目内容重新整合、拓展、补充，有机融入教学内容。以证书考纲中的理论、实操和素养考点作为学习评价的主要构成，实现书证融通，提升核心职业能力。
4.资源丰富、形式新颖
本书配套课程标准、授课计划、微课视频、教学课件（PPT）、工业机器人控制程序源码、PLC控制程序源码、人机界面画面源码等立体化数字资源,所有资源均可从化工教育平台下载。书中所提供的微课视频二维码均可随扫随学。书中记录栏和总结栏便于学生记录学习过程、结果和问题，不断反思改进，提升学习效果。
教学建议
本课程为项目化综合实训课程，计划实施周期为75学时（3周），其中理论课时为实训过程中教师集中讲解、操作演示的课时，不建议采取集中理论授课形式进行。课程学时分配如表1所示。
致谢
衷心感谢扬州工业职业技术学院智能制造学院对“工业机器人应用系统集成”课程建设的大力支持。感谢化学工业出版社对本书出版提供的支持。
本书由杨润贤教授担任主审,薛亚平、陈琳、周杰担任主编,李丹、魏敏担任副主编,赵雅聪、周峰、莫亚强等参与编写。糕申奥和沃曾尚同学参与了程序编写调试工作。在此,向他们一并表示谢意。
由于编者水平有限,书中难免存在疏漏和不足之处,恳请广大读者批评指正。
编者
2024.6

目 录

项目总体设计001～007
一、项目描述001
二、项目设计003
三、课程思政设计003
四、岗课赛证融合设计004
五、教学评价设计006
项目一水果自动分拣系统总体方案规划008～031
项目描述008
项目图谱008
项目要求008
任务一系统总体架构设计009
任务目标009
任务要求009
知识准备009
一、工业机器人典型应用场景009
二、工业机器人应用系统组成013
工作任务单017
任务实施018
系统功能分析与结构设计018
任务评价019
任务拓展020
任务二系统通信规划021
任务目标021
任务要求021
知识准备021
一、工业现场网络协议与标准021
二、工业机器人常用通信协议025
三、PLC 常用通信协议与接口026
工作任务单027
任务实施028
系统设备通信规划028
任务评价029
任务拓展030
项目评价031
项目二水果自动分拣系统硬件设计与安装测试032～079
项目描述032
项目图谱032
项目要求033
任务一系统设备器件选型033
任务目标033
任务要求033
知识准备033
一、工业机器人选型原则033
二、可编程控制器选型原则034
三、机器视觉简介036
工作任务单039
任务实施040
一、工业机器人选型040
二、可编程控制器选型041
三、触摸屏选型042
四、伺服电机驱动器选型043
五、机器视觉设备选型046
六、气动柔性抓手选型047
任务评价049
任务拓展050
任务二系统硬件资源分配与电气图绘制051
任务目标051
任务要求051
知识准备051
一、工业机器人系统输入输出信号051
二、工业机器人I/O 接口电路053
三、可编程控制器I/O 接口电路055
四、常用电气图绘制软件简介055
工作任务单057
任务实施058
一、工业机器人I/O 接口分配058
二、可编程控制器I/O 接口分配058
三、绘制工业机器人I/O 信号接线图059
四、绘制可编程控制器I/O 信号接线图060
任务评价061
任务拓展062
任务三电气控制系统安装与测试063
任务目标063
任务要求063
工作任务单0
任务实施065
一、开关电源安装接线065
二、工业以太网交换机安装接线065
三、工业机器人I/O 信号接线065
四、可编程控制器I/O 信号接线066
五、机器视觉安装接线067
六、触摸屏安装接线070
七、伺服驱动系统安装测试071
任务评价077
任务拓展078
项目评价079
项目三水果自动分拣系统机器人控制程序开发080～133
项目描述080
项目图谱080
项目要求080
任务一工业机器人程序设计准备081
任务目标081
任务要求081
工作任务单082
任务实施083
一、校准工业机器人083
二、创建工业机器人工具坐标系087
三、创建工业机器人工件坐标系095
四、配置工业机器人输入输出信号100
五、备份工业机器人系统116
任务评价119
任务拓展120
任务二工业机器人控制程序设计121
任务目标121
任务要求121
工作任务单122
任务实施123
一、机器人控制程序流程设计123
二、机器人控制程序设计仿真123
任务评价131
任务拓展132
项目评价133
项目四水果自动分拣系统机器视觉应用程序开发134～149
项目描述134
项目图谱134
项目要求134
任务机器视觉应用程序开发135
任务目标135
任务要求135
工作任务单136
任务实施137
一、安装程序开发软件137
二、添加机器视觉相机139
三、开发视觉应用程序142
任务评价147
任务拓展148
项目评价149
项目五水果自动分拣系统PLC 控制程序开发150～197
项目描述150
项目图谱150
项目要求151
任务一项目设备与网络组态151
任务目标151
任务要求151
工作任务单152
任务实施153
一、组态可编程控制器153
二、组态HMI 触摸屏155
三、组态伺服驱动器157
四、组态机器视觉161
任务评价165
任务拓展166
任务二系统设备控制程序编写与测试167
任务目标167
任务要求167
工作任务单168
任务实施169
一、PLC 程序流程设计169
二、系统状态检测程序编写测试169
三、工业机器人控制程序编写测试173
四、输送带控制程序编写测试176
五、机器视觉控制程序编写测试18