本书立足钢厂实际生产场景，结合5项机器人系统设计研究成果，构建了钢厂智能检测机器人应用体系。全书以机器人系统设计与工程应用为核心，从装置检测的技术背景与发展趋势切入，依次详解钢厂码垛机器人、自动激光扫码机器人、测温取样机器人、全自动贴标机器人、样板搬运机器人的设计原理、硬件选型、软件建模、仿真优化及现场应用。
书中融入SolidWorks建模、RobotStudio仿真视觉处理、Adams动力学分析等关键技术，通过具体案例展现机器人系统在降低劳动强度、提升检测精度、保障生产安全等方面的优势，为冶金行业相关技术人员、科研工作者及高校师生提供兼具理论深度与实践价值的参考，助力钢厂在氢冶金时代实现检测环节的智能化转型。
本书可供冶金行业及高端装备制造业的工程技术人员参考，也可供高等院校机械工程、自动化、智能制造等相关专业的师生参考使用。

钢铁工业是国民经济的重要支柱产业，是衡量一个国家工业化水平和综合国力的重要标志。进入21世纪以来，全球钢铁产业正经历一场以绿色化、智能化、高端化为核心的深刻变革。在这一历史进程中，冶金生产的自动化、智能化升级已成为提升企业核心竞争力、实现高质量发展的必然选择。
冶金生产环境具有高温、高粉尘、强腐蚀、重载荷等特点，传统的人工操作不仅劳动强度大、安全风险高，而且难以满足现代冶金生产对工艺稳定性、质量控制精度和生产效率的日益严苛的要求。工业机器人作为智能制造的关键技术，凭借其高精度、高可靠性、强环境适应性和灵活的可编程性，正逐步成为破解冶金生产自动化瓶颈、实现黑灯工厂和智慧制造的核心装备。
本书立足于我国冶金行业智能化转型的实际需求，聚焦钢铁生产关键环节（如钢水测温取样、热轧钢卷打码、成品钢材贴标、质量检验样板搬运等）的机器人自动化解决方案，旨在系统性地阐述冶金机器人的关键技术、设计方法、实施路径与应用成效。
本书的特色与创新主要体现在以下几个方面：
一、问题导向，紧贴生产实际。书中选取的四个典型案例测温取样、激光打码、自动贴标、样板搬运均是当前钢铁企业在提升质量和效率与保证安全过程中面临的共性痛点与迫切需求。研究内容从真实的工艺难点出发，深入剖析了从人工操作到机器人自动化的技术变革路径，确保了研究成果的实用性和可操作性。
二、技术体系完整，涵盖全流程。本书构建了从基础理论、核心硬件选型、三维建模与仿真、控制系统开发，到路径规划优化、系统集成调试、现场应用验证的完整技术链条。不仅详细介绍了ABB工业机器人、电永磁/真空吸附末端执行器、激光打码机等关键硬件的选型依据，更深入阐述了基于SolidWorks、RobotStudio、Adams、HALCON等软件工具的数字化设计与虚拟调试方法，为读者提供了从图纸到产线的完整知识地图。
三、突出数字孪生与智能控制。区别于传统的设备介绍，本书着重强调了基于数字孪生的系统开发范式。通过构建与物理世界1:1映射的虚拟工作站，在仿真环境中完成机械结构验证、控制逻辑测试、路径规划优化和碰撞检测，极大缩短了现场调试周期，降低了试错成本。同时，书中探讨了自适应路径规划、机器视觉精确定位、多传感器融合等智能控制算法在复杂冶金环境中的应用，展现了智能化的发展方向。
四、注重效益分析与推广价值。本书不仅关注技术实现，更对每个应用案例进行了严谨的经济效益与社会效益分析，为跨行业智能化改造提供了参考范式。
全书共分为6章：
第1章为绪论，宏观阐述冶金行业智能化趋势、冶金机器人发展现状、所需的基础技术及本书的技术体系框架。
第2章～第6章为本书的核心，分别以耐火材料智能生产线码垛、热轧钢卷自动激光打码、钢厂测温取样、全自动贴标、样板搬运五个典型机器人系统为对象，进行从需求分析、方案设计、仿真验证到应用评估的全流程深度剖析。
本书的撰写得到了营口理工学院机械与动力工程学院多位师生及行业专家的支持，书中案例多来源于真实的毕业设计课题与产学研合作项目，是理论教学与工程实践紧密结合的成果。期望本书能够为高等院校机械工程、自动化、智能制造等专业的师生提供一本贴近工业实际的参考教材，为冶金行业及高端装备制造业的工程技术人员提供一套行之有效的机器人系统设计与应用指南，同时也为相关领域的研究者提供有益的研究思路和技术借鉴。
本专著获得基金资助有：辽宁省自然科学基金营口联合计划，2024-YKLH-15（项目名称：镁质耐材智能制造关键技术研究）；冶金智能制造系统全国重点实验室氢冶金开放课题，QZKF2024-12（项目名称：氢冶金装备多模态智能感知与检测系统研究）。
由于冶金机器人技术仍在飞速发展，且著者水平有限，书中难免存在疏漏与不足之处，恳请广大读者批评指正。
　　
著者
2026年2月

无

第1章　绪论 / 001
1.1　冶金行业发展及现状 / 001
1.1.1　冶金行业高质量发展对智能化装备的需求 / 001
1.1.2　机器人技术在冶金工业绿色低碳转型中的核心作用 / 002
1.1.3　冶金机器人研究的学术价值与产业应用价值 / 005
1.2　钢厂智能检测机器人发展现状 / 006
1.2.1　国外发展及技术特点 / 006
1.2.2　国内发展与应用瓶颈 / 008
1.3　钢厂智能检测机器人基础技术 / 012
1.3.1　冶金机器人的分类与技术特征 / 012
1.3.2　冶金机器人核心技术基础 / 014
1.3.3　冶金机器人应用系统的构建与集成原理 / 017
1.4　本书研究核心与内容框架 / 019
1.4.1　核心研究内容与章节安排 / 019
1.4.2　研究方法与技术路线图 / 020
1.4.3　研究创新点 / 021
参考文献 / 021

第2章　耐火材料智能生产线码垛机器人系统设计与应用 / 022
2.1　系统设计背景与需求分析 / 022
2.1.1　耐火材料生产工艺特性与自动化码垛需求 / 022
2.1.2　国内外研究现状 / 024
2.2　硬件系统架构设计 / 027
2.2.1　系统总体方案设计 / 027
2.2.2　关键硬件选型与设计 / 030
2.3　工作站建模与Smart组件配置 / 037
2.3.1　RobotStudio中的虚拟仿真系统搭建 / 037
2.3.2　路径规划与仿真设计 / 040
2.3.3　一拖二仿真设计 / 043
2.4　基于Process Simulate的生产线级仿真验证 / 044
2.4.1　Process Simulate软件介绍 / 045
2.4.2　Process Simulate生产线仿真 / 045
2.4.3　生产线仿真程序设计 / 046
2.5　工业应用效益分析与技术推广价值 / 050
参考文献 / 051
　　
第3章　热轧钢卷自动激光打码系统设计与应用 / 052
3.1　系统设计背景与技术要求 / 052
3.1.1　研究背景与意义 / 052
3.1.2　国内外研究现状 / 053
3.2　系统方案设计 / 055
3.2.1　系统需求分析 / 055
3.2.2　系统架构设计 / 055
3.2.3　主要硬件选型与配置 / 057
3.3　系统硬件设计与实现 / 058
3.3.1　机器人系统选型与控制 / 058
3.3.2　激光打码设备配置与防护 / 059
3.3.3　传感器与安全系统设计 / 060
3.4　系统软件设计与开发 / 061
3.4.1　机器人运动控制程序设计 / 061
3.4.2　上位机人机界面开发 / 062
3.4.3　通信协议与数据交互设计 / 062
3.5　系统集成与现场调试 / 063
3.5.1　系统集成方案 / 063
3.5.2　现场调试与优化 / 064
3.6　系统应用与效益分析 / 064
3.6.1　实际生产应用案例 / 064
3.6.2　经济效益与社会效益 / 065
参考文献 / 065
　　
第4章　钢厂测温取样机器人系统设计与应用 / 067
4.1　系统设计背景与技术要求 / 067
4.1.1　钢水测温取样工艺特性 / 067
4.1.2　国内外研究现状 / 069
4.1.3　高温环境下机器人防护需求 / 071
4.2　系统方案设计与硬件选型 / 072
4.2.1　系统总体方案设计 / 072
4.2.2　硬件选型与设计 / 073
4.3　系统工作站建模与路径规划 / 077
4.3.1　虚拟工作站搭建 / 077
4.3.2　测温路径规划与优化设计 / 077
4.4　动力学分析与系统可行性验证 / 080
4.4.1　动力学模型导入与处理 / 080
4.4.2　转动副添加 / 082
4.4.3　动力学仿真结果分析 / 082
4.5　现场应用与测温精度验证 / 084
4.5.1　现场测试与精度验证 / 084
4.5.2　系统效益总结 / 085
参考文献 / 085
　　
第5章　钢厂全自动贴标机器人系统设计与应用 / 086
5.1　系统设计背景与需求分析 / 086
5.1.1　贴标工艺需求 / 086
5.1.2　国内外研究现状 / 087
5.2　硬件系统设计与末端执行器设计 / 088
5.2.1　ABB IRB 120机器人选型 / 088
5.2.2　贴标吸盘与供标台设计 / 090
5.2.3　末端执行器工艺参数确定及功能分析 / 091
5.2.4　末端执行器结构设计及工作原理 / 092
5.3　工作站建模与路径规划 / 095
5.3.1　建立机器人贴标系统仿真工作站 / 095
5.3.2　吸盘中Smart组件的应用 / 096
5.3.3　贴标机器人路径规划 / 099
5.4　基于机器视觉的圆钢端面定位设计 / 101
5.4.1　机器视觉定位单元组成 / 101
5.4.2　视觉识别与定位算法流程 / 102
5.4.3　多形状物料识别实验 / 104
5.5　贴标仿真工作站系统控制 / 106
5.5.1　系统I/O信号集成 / 106
5.5.2　机器视觉控制流程 / 106
5.6　应用效果与贴标精度分析 / 107
参考文献 / 108
　　
第6章　钢厂样板搬运机器人系统设计与应用 / 109
6.1　系统设计背景与需求分析 / 109
6.1.1　样板管理要求及现状 / 109
6.1.2　国内外研究现状 / 110
6.2　硬件系统架构设计 / 113
6.2.1　系统总体方案设计 / 113
6.2.2　关键硬件选型与设计 / 113
6.3　工作站建模与Smart组件配置 / 118
6.3.1　虚拟工作站搭建与仿真逻辑构建 / 118
6.3.2　I/O系统设计 / 119
6.4　系统集成测试与性能验证 / 120
6.4.1　路径规划与离线编程 / 120
6.4.2　搬运机器人的路径优化 / 124
6.5　工业应用效益分析与技术推广价值 / 126
6.5.1　实际应用效益与投资价值 / 126
6.5.2　技术拓展潜力与未来演进 / 127
参考文献 / 127