焊锡机械臂..doc

焊锡机械臂 1引言 机器人技术是综合了机械学、计算机、控制论、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域，机器人的应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。 工业机器人(又称关节式机器人，机械手，机械臂等)由操作机、控制器、伺服驱动系统和检测传感器装置构成，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。它对稳定提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着关键的作用。 1.1机械臂简介与描述 机械臂是一个特殊的机电一体化的设备，从控制观点来分，机器人系统可以分成四部分：机器人、控制器、环境和任务。机器人是由臂(连杆)、关节和末端执行装置(连接工具)构成。控制器是个专用计算机，相当于机器人大脑，它以计算机程序方式来完成给定任务。环境就是指机器人所处的或工作的周围环境，即机器人遇到的一些障碍物及其它们之间的相互关系等。任务是指机器人要完成的操作，它需要用适当的程序语言来描述，并把它们存入到控制计算机中。 机械臂是一系列旋转或移动关节相连接的开链式杆件机构，一端通过支柱固定在机座；另一端自由，可实现装配、焊接、搬运等各种操作任务。为了能够描述机械臂的各连杆的空间位姿和它们之间的相对位姿，在机械臂的每一杆件固联上一个坐标系，利用齐次变换，来描述其相对位姿和相对运动。 新式的工业机器人都是以关节坐标直接编制程序的，物体在工作空间内的位置以及机器人手臂的位置，都是以某个确定的坐标系来描述的；而工作任务则是以某个中间坐标系来规定的，由笛卡尔坐标系来描述工作任务时，必须把上述这些规定变换为一系列能够由手臂驱动的关节位置，确定手臂位置和姿态的各关节位置的解答，即运动方程的求解。机器人运动学是专门研究物体运动规律，而在研究中不考虑产生运动的力和力矩，它涉及到运动物体的位置、速度、加速度和位置变量对时间的高阶导数。机器人操作臂有两个基本问题：正向运动学和逆向运动学。根据己知的各个关节的角度值来求解机械手末端执行器的坐标位置，称为机械手的正向运动学问题：而根据末端执行器的坐标位置来计算机械手各个关节的角度值，这就是所谓的机械手的逆向运动学问题，它是一个反过程。 机器人是主动机械装置。一般情况下，它的每个自由度都是由一个单独的执行机构驱动，从控制观点来看，机器人代表了多变量的非线性的自动控制系统，每个控制任务本身就是一个动力学任务。 动力学是研究各关节驱动力(矩)与终端操作装置的位移、速度和加速度之间的关系。动力学也有两个相反问题：正向动力学问题，逆向动力学问题。 2工业机器人国内外发展与研究现状 2.1国外工业机器人的发展现状 上世纪80年代以来，工业机器人技术逐渐成熟，并很快得到推广，目前已经在工业生产的许多领域得到应用。在工业机器人逐渐得到推广并普及的过程中，驱动方式变、信息处理速度、传感器技术这三个方面的技术进步对工业机器人的发展起着非常重要的作用。 日本是当今的工业机器人王国，既是工业机器人的最大制造国也是最大消费国。但实际上工业机器人的诞生地是美国。美国人英格伯格和德奥尔制造出了世界上第一台工业机器人，他们发现可以让机器人去代替工人一些简单重复的劳动，而且不需要报酬和休息，任劳任怨。接着他们两人合办了世界上第一家机器人制造工厂，生产unimate工业机器人，如图1所示。 图1在美国诞生的Unimate工业机器人 与此同时，十九世纪七十年代的日本正面临着严重的劳动力短缺，这个问题已成为制约其经济发展的一个主要问题。在美国诞生并已投入生产的工业机器人就给日本带来了福音。1967年日本川崎重工业公司首先从美国引进机器人及技术，建立生产厂房，并于1968年试制出第一台日本产unimate机器人。经过短暂的摇篮阶段，日本的工业机器人很快进入实用阶段，并由汽车业逐步扩大到其它制造业以及非制造业。1980年被称为日本的“机器人普及元年”，日本开始在各个领域推广使用机器人，这大大缓解了市场劳动力严重短缺的社会矛盾。再加上日本政府采取的多方面鼓励政策，这些机器人受到了广大企业的欢迎。 美国是工业机器人的诞生地，基础雄厚，技术先进。现今美国有着一批具有国际影响力的工业机器人供应商，像Adept Technologe 、American Robot、Emersom Industrial Automation 等。 德国工业机器人的数量占世界第三，仅次于日本和美国，其智能机器人的研究和应用在世界上处于领先地位。目前在普及第一代工业机器人的基础上，第二代工业机器人经推广应用成为主流安装机型，而第三代智能机器人已占有一定比重并成为发展的方向。 世界上的机器人供应商分为日系和欧系。瑞典的ABB公司是世界上最大机器人制造公司之一。1974年研发了世界