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中 北 大 学 毕业论文开题报告 学 生 姓 名： 王鑫才 学 号： 1202044348 学 院： 机械与动力工程学院 专 业： 机械电子工程 论文题目： PUMA机器人的运动控制建模与分析 工字楼 指导教师: 崔学良 2016 年 3月20日 毕 业 论 文 开 题 报 告 1．选题依据： 文 献 综 述 1、本课题研究的目的，背景和意义 进入21世纪,机器人己成为现代工业不可缺少的重要工具,它标志着工业的现代化程度。机器人学是一门高度交叉的前沿学科,引起许多不同专业背景的人们的兴趣,如机械学、生物学、人类学、计算机科学与工程、控制论与控制工程学、人工智能、社会学等。机器人学包含机器人运动学、机器人动力学、机器人控制、机器人智能化等领域,本文以工业机器人运动学系统为主线,对工业机器人运动学系统关键技术作了较深入的研究与讨论。 随着20世纪60年代微处理器的出现,机器人进入了现代机器人时代,也让机器人步入应用阶段,使机器人学得到迅速发展,当前机器人学发展成为一门侧重于综合的工程科学,其涵盖了机械工程、计算机科学、控制理论、电子学、传感技术、人工智能、模式识别等多个学科。机器人延伸和扩展了人的手脚和大脑的功能,扩大了人的活动区域,具有许多人和普通机械所不可比拟的优良特性。在制造业中采用机器人技术,可以将人类从繁重和单调的劳动中解放出来缩短生产周期,提高产品质量,改善生产条件,非常适应现代化生产发展的需要[1]。 中国工程院院长宋健指出“机器人学的进步和应用是世纪自动控制最有说服力的成就,是当代最高意义上的自动化”。机器人技术综合了多学科的发展成果,代表了高技术的发展前沿,它在人类生活应用领域的不断扩大，正引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响。 弧焊机器人的工作具有高度的准确性, 可靠性, 再现性以及适应加工对象变换的灵活性。它不仅能在恶劣或危险的环境中进行高效率的作业, 而且无论对于单件大批量或是多件小批量的焊件均展现出特有的优越性。这些优越性就在于, 可以结合示教技术和高级计算机语言灵活而简单地对不同焊件进行程序编制,使机器人完成各种复杂的焊接作业[2]。 在石油、化工、电力等工业领域中，经常会用到圆形的管材来解决输油、输气、输水等问题，而管材之间相连接的相贯线焊缝也是非常典型的焊缝形式。提升这种相贯线焊缝的焊接质量和焊接效率对压力容器、管道等可靠性的提升，进而对工业的发展都具有比较重要的作用。由于相贯线焊缝是复杂的空间曲线[3]，目前还较多地采用手工焊接的方式来完成焊接任务。但是由于这种焊缝的焊接工作条件差、劳动强度大，导致焊接效率低。并且整个产品的生产周期较长，很难保证焊接质量的一致性，导致返修率较高[4]。随着工业生产对自动化程度要求的不断提高，自动焊接机器人的应用也越来越广泛。自动化焊接机器人与传统手工焊接相比有着生产效率高、生产质量稳定、能够在恶劣环境下连续工作等优点，已经在一些焊接领域逐渐取代了传统手工焊接的位置。焊接过程的机械化、自动化目前已经成为焊接行业的发展趋势，自动化焊接在许多领域也都取得了很大的进步[5,6]。基于自动化焊接的种种优势，国内外陆续采用自动或半自动的方式来实现相贯线焊缝的焊接。其中一种是采用机械凸轮仿形或角度逼近等方法实现相贯线焊缝焊接过程[7,8]，这些焊接设备通常在焊接质量和焊接效率上的控制不稳定，且一般缺少反馈及数字化管理。另一种方法是采用通用的弧焊机器人来实现相贯线焊缝的焊接过程，此方法一般要采用示教再现的方法[9,10]，操作繁琐且适应性较差。并且通用的弧焊机器人一般价格昂贵，不适合大批量应用于生产。随着信息化技术的发展和应用，数字信息也越来越多地被工业领域所利用。数字化焊接可以通过集成的焊接系统建立一个完整的柔性焊接生产线，并且可以对焊接过程进行模拟仿真，实现焊接工艺过程优化[11]。 2、国内外研究现状及发展趋势 2.1 机器人的发展 机器人的定义是多种多样的,其原因是它具有一定的模糊性。根据美国机器人研究所做出的定义,机器人是一种可以再编程序的多功能操纵器,它被用来移动材料、工件、工具或专用设备,并通过可编程的运动来完成各种任务。 1987年国际标准化组织对工业机器人进行了定义“工业机器人是一种具有自动控制操作和移动功能,能完成各种作业的可编程操作机。” 1988年法国的埃斯皮奥将机器人定义为“机器人学是指设计能根据传感器信息实现预先规划好的作业系统,并以此系统的使用方法作为研究对象”。 我国科学家对机器人的定义是“机器人是一种自动化的机器,所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力,如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力,是一种具有高度灵活性的自动化机器”。“机器人是具有感知、决策、行动和交互功能的智