从0到1机器人入门

200 彩图全景解读机器人，用趣味与真实告别枯燥打破品牌限制，提炼通用知识，快速构建机器人知识体系。
人工智能时代，告别枯燥、灰暗的学习体验，开始一段机器人学习的多彩之旅。未来将是人工智能和机器人的时代，对此有兴趣的人如何开始学习机器人技术呢？很难找到一本的、不过时的、不针对具体机器人品牌的入门书。而本书就是为了填补这一空白，帮助大家了解关于现代机器人的机械奇迹。通过200 全彩图片真实展现机器人技术，帮你理解关键知识点，超越品牌限制，提炼通用精华知识，讲授作者多年实践、教学、维护经验，带你进入机器人世界。 

曾经机器人只出现在科幻小说中，如今，它们已是现代工业的重要组成部分，并且正逐步进入并影响我们的日常生活。对于有兴趣在机器人领域获得发展和潜在工作机会的人，该从何开始学习机器人技术呢？强烈建议你从本书开始，可以帮助你从0到1快速轻松入门。

通过超过200幅全彩图片全景解读机器人技术，让你仿佛置身其中，用真实、有趣的方式告别以往枯燥、灰暗的学习体验。

本书包含了作者在机器人领域多年经历和对机器人的热爱，针对不同种类机器人系统的使用和教学经验，提炼机器人品牌的通用精华知识，帮助你理解关键的知识点，搭建知识体系，进入机器人的世界。

作者的机器人之旅从我记事起，我就是一个科幻小说和机器人的粉丝。小时候，我有两个巨大的波比机器人，还有一个超级宇航员机器人，从那时起，我就被机器人的潜力迷住了，而现在机器人已经从我青少年时期的科幻小说变成了如今的科学事实。在成长的过程中，我喜欢把东西拆开，想搞清楚它们到底是怎么工作的。后来在军用直升机上的工作经历，再次激发了我投身机器人行业的激情。我学习了相关课程，获得了工业维护的学位。在多年的工作中，我接触了从老旧机器人到新工业机器人等各种机器人。这段经历也让我对教学热情高涨，激励我不断深入学习、研究机器人技术，并成为了一名具有机器人培训认证资格的教师。我热爱机器人，并使用过多种机器人系统进行编程和实践教学，包括三菱、FANUC、松下、NAO，甚至乐高机器人。我将这些经历与知识写成了我想要的入门书，很高兴能与未来下一代机器人专家分享我的知识，并帮助他们踏上机器人世界的探索之旅！

原书前言

章

机器人的历史　1

机器人重要事件的时间表　2

机器人历史上的重要事件　8

机器人是什么　19

为什么使用机器人　21

自上而下与自下而上的方法　28

人工智能和机器人技术的未来　30

回顾　33

关键术语　33

复习题　33

 

第2章

安全　34

机器人需要尊重　35

危险地带　37

安全区37

警戒区37

危险区38

防护　40

安全装置　42

电力和你　44

处理突发事件　47

一般规则47

应急响应的具体细节48

回顾　50

关键术语　50

复习题　50

 

第3章

机器人零件　51

动力供应　52

电力　52

液压动力　57

气动动力　59

控制器/逻辑功能　61

示教器/接口　63

机械手、自由度（DOF）和轴数　64

基座的类型　67

固定安装基座　67

移动基座　68

回顾　70

关键术语　70

复习题　70

 

第4章

机器人的分类　71

机器人是如何分类的　72

动力源　73

电力　73

液压动力　74

气动动力　74

核动力　75

绿色动力　75

工作行程的几何结构　75

笛卡尔坐标机器人　76

圆柱体机器人　76

球体机器人　76

关节机器人　76

平面关节机器人（SCARA）　77

水平基本关节臂机器人　78

Delta机器人　78

驱动系统：分类和操作　79

直接驱动　79

减速驱动　81

传动带驱动　81

ISO分类方法　91

回顾　92

公式　93

关键术语　93

复习题　94

 

第5章

机器人手臂末端工具　95

什么是EOAT　96

可用的工具类型　97

夹持器　97

夹持力　100

有效载荷　103

其他夹持器　104

其他类型的EOAT　105

多种工具　107

EOAT的定位　109

回顾　111

公式　111

关键术语　111

复习题　112

 

第6章

传感器和视觉　113

限位开关　114

接近开关　116

触觉和碰撞　119

位置　122

声音　125

视觉系统　127

回顾　129

关键术语　129

复习题　129

 

第7章

外围系统　130

外围系统是什么　131

安全系统　132

变位机　133

EOAT的外围系统　135

工作单元是什么　137

非工业外围系统　139

系统通信　140

回顾　142

关键术语　142

复习题　143

 

第8章

机器人操作　144

启动机器人之前　145

启动系统　147

手动移动机器人　148

希望机器人做什么　151

如何才能知道机器人将要做什么　152

机器人发生了碰撞……现在该怎么办　155

：确定为什么机器人会发生碰撞　155

第二：清理机器人碰撞区域　155

第三：确定如何防止另一次碰撞　156

第四：检查校准碰撞涉及的所有设备　157

第五：确定如何处理在事故中所涉及的零部件　157

回顾　159

关键术语　159

复习题　159

 

第9章

编程和文件管理　160

编程语言的演变　161

1级：无处理器　163

2级：直接位置控制　163

3级：简单点至点　163

4级：高级点至点　166

5级：点至点与AI　167

规划　168

子程序　172

编写程序　172

测试和验证　176

普通操作　178

文件维护　179

回顾　180

关键术语　180

复习题　181

 

0章

故障排除　182

故障排除是什么　183

分析问题　185

操作人员　185

设备/系统　185

个人观察　188

诊断工具　188

收集信息　193

输入/输出　193

手册　194

原理图和布线图　196

其他信息源　200

三个臭皮匠胜过诸葛亮　200

寻求技术支持　201

互联网　203

寻找一个解决方案　204

拆分系统　204

电源故障　205

信号故障　206

流程图　208

寻找你的路径　209

如果一开始你没有成功　210

回顾　212

关键术语　212

复习题　213

故障排除问题　213

 

1章

机器人修理　214

预防性维护（PM）　215

开始修理前需要采取的预防措施　219

维修技巧　222

更换零件解决问题　224

启动机器人之前的注意事项　225

如果机器人仍然是坏的应该怎么做　226

机器人正常运行，现在该做什么　228

回顾　229

关键术语　230

复习题　230

 

2章

机器人的合理使用　231

机器人与人类劳动力对比　232

投资回报率（ROI）　234

精度和质量　236

耗材使用　237

危险环境　238

非工业依据　239

娱乐　239

服务　240

研究　241

回顾　243

关键术语　243

复习题　243

机器人技术是现代世界中令人兴奋、不断增长的领域。曾经机器人只出现在科幻小说中，如今，它们已是现代工业的重要组成部分。随着该领域的不断发展、壮大和成熟，机器人已进入我们的日常生活中。但是，对于那些有兴趣在机器人领域获得发展和得到潜在工作机会的人，该从何开始学习机器人技术？本书就是要回答这个问题。有很多优秀的书可以帮助人们深入到机器人技术的特定区域，甚至是特定类型的机器人，但很难找到一本优秀的、不过时的、不针对具体机器人品牌的入门书。本书就是为了填补这一空白，并给那些有兴趣学习的人们提供必要的工具，帮助他们了解关于现代机器人的机械奇迹。  本书可以让读者了解作者在机器人领域多年的工作经验，以及针对不同种类机器人系统的使用和教学经验。本书会提供案例、技巧、注意事项和范例，给予读者大量的信息和知识，而无须读者花费数年时间来学习。本书用大量的图片帮助读者理解关键的知识点，让读者能够一窥机器人的世界，否则，全凭读者自己是非常困难，甚至是不可能的。读者在学习本书的过程中会体会到这一点。  本书开始会讲述一系列令人印象深刻的有关现代机器人诞生的重要事件，以及机器人史上的里程碑事件。第1章的时间轴是机器人领域所能够发现的完整的时间轴之一，而不是之前那些时间轴的翻版，因为其中一些时间轴叙述的事实不太准确。关于时间轴的讨论，能够帮助读者意识到，在数字计算机技术出现之前，高度复杂的机器已经存在，并且蓬勃发展。紧接着，本书将讨论机器人是什么、机器人的不同定义，以及很多的事物都被归入机器人范畴的原因。  在第2章中，将讨论如何安全地使用机器人，以及能够保证人们安全工作的系统。鉴于很多课程都包含实验室活动，让读者了解可能会涉及的危险是非常重要的。本章的重点是彻底了解安全的重要性，以及如果无视规则会产生的可怕后果。对机器人安全的讨论如果不涉及电的危险性是不完整的，因此本章用了整整一节来强调这一点。后，我们认为每个人都会在应对突发事件的讨论中受益。  第3章了解机器人及其主要构成。本章涵盖了大量机器人初学者易混淆的内容，并探索机器人的主要组成部件。在动力供应小节，稍微向电学方面深入了一些，以便可以轻松理解交流电（AC）和直流电（DC）之间的差异、电如何流动、安培小时以及单相和三相电源之间的差别。在这一章中的液压和气动部分，回顾了动力源的历史，它们是如何工作的，以及两者之间的差异。本章继续以这种深入的、审视的风格看待控制器、示教器、机械手和各种基本组成部分。  第4章介绍驱动机器人的不同方式，以及如何将它们进行相应的分类。通过本章来看看不同的机器人运动类型，以及由此而形成的工作行程的类型。在机器人的驱动系统部分，将介绍直接驱动系统、减速驱动系统和传动带驱动系统，并进一步了解传动带、链条和齿轮等驱动元件。鉴于许多阅读本书的读者终可能会进入机器人生产领域，我们还会了解一些与驱动系统相关联的重要数学概念。结束这一章时，将会看到，作为一个世界各地公认的标准组织—ISO如何对机器人进行分类，包括工业和非工业机器人。  第5章带你进入机器人工具的多样化世界。机器人通过工具与周围的世界互动，并执行大量想要完成的任务。在对工具的探讨中，会了解机器人工具常见的类型，其操作的基本知识，处理校准问题的方法，以及现场的多工具需求。之后还将探讨工具如何影响机器人的有效载荷，以及运动的力的大小对工件运动的影响。  如果没有传感器，机器人就无法获得周围世界的信息，所以在第6章中，会着重了解这些重要的信息收集工具。从基础知识开始，如限位开关和接近开关，一直到今天正在使用的复杂视觉系统。在本章的每一节，会着眼于不同传感器是如何运转的，在工业中用它们来干什么。是不是很好奇编码器的工作原理？有没有想过用声音来帮助机器人“看”东西？视觉系统如何发现工件？这都会在第6章中找到这些问题的答案。  人们常常视机器人为全能战士，但说实话，机器人通常是团队的一员，并依赖其他机器来完成工作。在第7章，来认识一下这些与机器人共同工作的、不可或缺的设备。虽然会讨论工作单元，以及机器人是如何应用其中，但本章的主要焦点内容是帮助机器人并与机器人共同工作的外围设备，包括外部定位器、安全系统以及机器人工具方面的协助设备。后总结了通信系统，如果没有办法根据需要来控制它，并从这些设备获取相关信息，那么这些额外的设备基本上是无用的。  第8章分享了多年的机器人操作与教学的经验，以及学习操控机器人时所必需的基本信息。即使系统不同，也有超越品牌和型号的通用基础知识，这些都是第8章的主要组成部分。从起动机器人开始，到准备运行那一天，对于这期间该做什么，该注意什么，本章讲述了很多相关技巧。本章还指导读者如何应对出现的故障和机器人碰撞等情况，这种情况时有发生。然而，其他图书很少会谈论如何应对这种紧急情况。本章将碰撞的情况分解成简单的、容易记住的步骤，并提供了渡过机器人碰撞难关所需要的工具。  第9章讲述如何通过编写程序来控制机器人的动作。首先了解不同等级水平的编程语言，以及使用每种语言时的注意事项，然后是从规划阶段到正常运行阶段的程序准备过程。本章不包括为特定机器人编写程序的细节，但它确实包含所有的基本步骤，以及来自各种系统的程序案例。这基于我使用不同系统进行编程的经历，从而提炼出无论什么型号都适用的通用步骤。当然，如果不讨论程序中使用的逻辑过滤器，以及程序测试和验证，编程部分是不完整的。为了完成这一章，接下来看看如何正确地维护文件，以确保今天的工作程序不会因为第二天的电力中断而全部丢失。  第10章的内容是关于当出现故障时如何修复机器人的。发现并修理故障是使用机器人时不可分割的一部分，但很多图书几乎都忽略了这个事实。本章将学习什么是故障排除，探讨收集有关故障信息的各种方式，然后探讨如何过滤这些信息来制定行动解决方案。在这一章中有机会深入使用多年积累的知识，以帮助读者进一步发展成为故障解决能手。本章后一节是关于如何应对故障排除工作不奏效或故障依然存在的情况，这种情况不时发生。  紧接第10章和第11章提供了一些技巧以及修理、维护机器人方面有价值的信息。首先是预防性维护，以努力避免故障，然后是用于修复系统的有用技巧。另外还有部件更换和机器人修复之间的重要区别。谁真正掌握设备的修复技巧，就可以在这一领域获得高薪工作。在试图修复机器人之前执行哪些预防措施，以及修复完成后应该做什么，这是修复过程成中容易被忽视的两个关键部分，并会对整个过程造成重要影响。  如何证明是用正确的方式使用机器人？第12章以此来作为本书的结尾。使用机器人的原因是多方面的，为了让读者更好地了解机器人如何使用才能与成本匹配，本章还重点介绍了投资回报（Return On Investment，ROI）和所涉及的数学问题。对于那些终在机器人行业工作的人，是选择正确的机器人来完成手头的工作，还是选择报价便宜的机器人？这一章可以帮助认清两者的差别。本章还论述了机器人代替人工的问题，这已经成为一个热门话题。  在本书中你还会发现什么？以上只是一个简单介绍。我鼓励你花费一些时间，深入挖掘，看看是否能发现其他宝藏。本书是作者多年工作经验外加对其他机器人入门图书归纳补充的结果。作者曾经评审并且使用过几本教材，但从来没有发现一本真正喜欢的。这是今天呈现在你面前的这本书背后的驱动力。希望你会发现本书有你需要的答案，事实上它也是作者要的答案。