毕业设计文献综述

电气工程及其自动化

四自由度机械臂的运动规划和物体搬运系统

一、设计四自由度机械臂的意义

尽管对于机械操作臂的研究已不是一个全新的课题，但是，如何在机械手臂高位置精度的条件下，尽可能地降低制造成本和缩短制造周期，这仍是值得不断探索的问题 。 传统工业机械臂，其设计方法多为串联形式，即通过将驱动与传动元（ 如电机 、 减速器等） 直接安装在转动副附近， 这样的设计虽然简单直接， 但是由于驱动件自身成为了机械臂负载 ，能大大减少机械臂的有效载荷，同时也会产生振动等不良影响降低机械臂定位精度。为此提出了利用钢丝传动机构来实现驱动件到末端负载的动力传递，这样的设计可以最大程度减小驱动件本身对于机械臂负载能力的影响，同时由于钢丝本身的弹性也使得机械臂具有一定柔性，实现一定的自适应功能。由于传动件的位置调整，所以在控制系统的设计中，要求能够对于机械臂最终的末端位置准确地进行反馈控制。

四自由度的关节式机器人在当今工业界有广泛应用。它分别由四个旋转轴进行操纵，其末端可以灵活地在三维空间中运动。根据旋转的方向不同，旋转轴分为平行于连杆和垂直连杆的两类关节。题目中所给出的简化机械臂模型可以归类为由步进式电机进行操纵的设备,这种操纵的优点是

稳定而可靠, 但是缺点在于步长是离散化的, 可能会对精度造成影响 .题目要求为这类机器人设计一个通用的算法, 用来计算执行指定动作所要求的指令序列. 二、机器人的国内外研究状况

1、机器人的国内研究状况

我国有组织有计划地发展机器人事业．应该说是从“七五”期间的科技攻关及实施“863计划”开始的。经过十几年来的研制、生产、和应用，有了长足的进步。目前在一些方面，如喷涂机器人、弧焊机器人、点焊机器人、搬运机器人、装配机器人、特种机器人(水下、爬壁、管道、遥控等机器人)，已掌握了机器人的设计制造技术，解决了控制、驱动系统的设计和配置、软件的设计和编制等关键技术；还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线(工作站)及其周边配套设备的全线自动通信、协调控制技术。

现在，我国从事机器人研发的单位有200多家，专业从事机器人产业开发的企业有

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50家以上。“九五”期间，国家“863”高技术计划己将沈阳新松机器人自动化股份有限公司、啥尔滨博实自动化设备有限责任公司、一汽集团涂装技术开发中心、北京机械工业自动化所、上海机电一体工程有限公司、四川绵阳四维焊接自动化设备有限公司等确立为智能机器人主题产业化基地。大连组台机床所、上海富安工厂自动化公司、东风汽车公司、昆明船舶公司、哈尔滨焊接研究所、安川北科公司等单位，也都凭借自己开发生产的特色机器人或应用工程项目活跃在当今国内工业机器人市场上。此外，一些科研院所和大学也均在进行机器人技术及应用项日方面的研发工作。近几年，我国工业机器人及含工业机器人的自动化生产线相关产品的年产销额已突破十亿元。

我国机器人技术主题发展的战略目标是：根据2l世纪初我国国民经济对先进制造及自动化技术的需求，瞄准国际前沿高技术发展方向创新性地研究和开发工业机器人技术领域的基础技术、产品技术和系统技术。未来工业机器人技术发展的重点有：第一，危险、恶劣环境作业机器人：主要有防暴、高压带电清扫、星球检测、油汽管道等机器人：第二，医用机器人：主要有脑外科手术辅助机器人，遥控操作辅助正骨等；第三，仿生机器人：主要有移动机器人，网络遥控操作机器人等。其发展趋势是智能化、低成本、离可靠性和易于集成。

我国的机器人研究开发与应用已经取得了一定的成绩，但是总的来看，我国的机器人技术及其工程应用的水平和国外的相比还有一定的距离，无论从机器人的数量上还是技术上，我们都有一定的差距。进入新世纪以后，国际竞争日益激烈，对机器人的需求越来越大，我国的机器人产业将面临新的发展机遇和来自国外的挑战，因此我们需要自主发展机器人高技术，解决产业化前期的关键技术。积极推进我国的机器人产业化的进程。

2、机器人的国外研究状况

机器人主要分为两类：工业机器人以及其他特种机器人，自1962年美国推出世界上第一台Unimate型和Versatra型工业机器人以来，机器人在工业发达国家得到了迅速发展。根据国际工业机器人联合会(IFR)前几年的统计：2000年全世界工业机器人的总数达到82万台，比1996年增加24％。其中日本拥有42万台，占全世界机器人总数的50％左右，继续保持“机器人王国”的地位。除日本外，世界上还有许多工业发达国家，如美国、前苏联和西欧一些国家的机器人产业也发展得很快。例如，在美国，1970—1980年间的机器人台数增加20倍以上。尽管美国所拥有的机器人在台数上不如日本．但其技术水平较高．占有一定的优势。在亚洲，韩国的机器人产业发展也很迅速，现排名世界前列．而日本、韩国和新加坡的机器人密度(即制造业中每万名雇员占有的工业机器人数

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量)居世界第1-3位，包揽了前三名。西欧的意大利、法国、英国和东欧的匈牙利、波兰等，机器人制造业及应用机器人的情况都有很大发展。

图1 图2

其他特种机器人是国外近年来才迅速发展起来的，是机器人技术的一个重要发展方向，主要研究方向有：空间机器人，医用机器人，水下机器人，建筑机器人和军用排爆机器人等等。

现在国外的机器人各个方面的技术发展现状为：

2.1机械结构

以关节型为主流，80年代发明的适用于装配作业的平面关节型机器人约占总量的1／3。90年代初开发的适应于窄小空间、快节奏、全工作空间范围的垂直关节型机器人大量用于焊接和上、下料。应3K和汽车、建筑、桥梁等行业的需求，超大型机器人应运而生。

2.2控制技术

大多采用32位CPU，控制轴数多达27轴，NC技术、离线编程技术大量采用。协调控制技术日趋成熟，实现了多手与变位机、多机器人的协调控制。采用基于PC的开放结构的控制系统已成为一股潮流。

2.3驱动技术

80年代发展起来的AC伺服驱动已成为主流驱动技术应用于工业机器人中。新一代的伺服电机与基于微处理器的智能伺服控制器相结合已开发并用于工业机器人中：在远程控制中已采用了分布式智能驱动新技术。

2.4应用智能化的传感器

装有视觉传感器的机器人数量呈上升趋势，不少机器人装有两种以上传感器，有些机器人留了多种机器人接口。

2.5网络通讯方式

大部分机器人采用了Ether网络通讯方式，占总量的41．3％，其他采用RS一232，RS

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