五自由度模块化机器人手臂仿真与设计[答辩资料].docVIP

第1章绪论 1.1技术概述 工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置 构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的 机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对穂定、 提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重 要的作用。 机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特 长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力， 又有机器可长吋间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它 也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也 是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 早在20世纪初，随着机床、汽车等制造业的发展就出现了机械手。1913年 美国福特汽车工业公司安装了第一条汽车零件加工自动线，为了解决自动线、自 动机的上下料与工件的传送，采用了专用机械手代替人工上下料及传送工件。可 见专用机械手就是作为自动机、自动线的附属装置出现的。 “工业机器人”这种自动化装置出现的比较晚。但是自从世界上第一台工业机 器人问世之后，不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到 地丁，从工业拓广到农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。机器人的种类之 多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。 本课题所指的工业机器人，或称机器人操作臂、机器人臂、机械手等。从外 形来看，它和人的手臂相似，是由一系列刚性连杆通过一系列柔性关节交替连接 而成的开式链。这些连杆就像人的骨架，分别类似于胸，上臂和下臂，工业机器 人的关节和当于人的肩关节、肘关节和腕关节。操作臂的前端装有末端执行器或 相应的工具，也常称为手或手爪。手爪是由两个或多个手指所组成，手指可以“开” 与“合”，实现抓去动作和细微操作。手臂的动作幅度一般较大，通常实现宏观操 作。 工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和 执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器 人冇3?6个运动自由度，其中腕部通常冇1?3个运动自由度；驱动系统包括 动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；圆柱染标型工业机器人 示意阁控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行 控制。 由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生 产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造 系统的组成部分。在工业生产屮能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业, 或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、 塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完 成对人体有害物料的搬运或工艺操作。 机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具冇能不断重复工作和劳动、不 知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已经受到许 多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如： 机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较 为普编。 在装配作业中应用广泛，在电子行业中它用来装配印制电路板， 在机械行业中它可以用来组装零件。 可在劳动条件差，单调重复易疲劳的工作环境工作，以代替人的 劳动。 可在危险场合K工作，如军工品的装卸、危险品级有还、及有害 物的搬运等。 宇宙及海洋的开发。 军事工程及生物医学方面的研究和试验。 1.2工业机器人研究现状及意义 机器人涉及到机械、电子、控制、计算机、人工锊能、传感器、通讯与网络 等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成。因此它的发展与上述 学科发展密切相关。机器人在制造业的应用范围越来越广阔，其标准化、模块化、 网络化和锊能化的程度也越來越高，功能越来越强，并向着成套技术和装备的方 向发展。机器人应用从传统制造业向非制造业转变，向以人为中心的个人化和微 小型方向发展，并将服务于人类活动的各个领域。总趋势是从狭义的机器人概念 向广义的机器人技术(RT)概念转移；从工业机器人产业向解决工程应用方案业 务的机器人技术产业发展。机器人技术(RT)的内涵己变为“灵活应用机器人技 术的、具有实在动作功能的智能化系统。”目前，工业机器人技术正在向智能机 器和智能系统的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化：控制 技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融 合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能 化等方面。 现代科学技术的迅速发展，尤其是进入20世纪80年代以来，机器人技术的 进步与其在各个领域的广泛应用，引起了各国专家学者的普遍关注。许多发达国 家均把机器人技术的开发、研