一种取件式平面多关节机械手的研究与计算.docx

 PAGE \* MERGEFORMAT 14  PAGE \* MERGEFORMAT 13 第1章 绪论 1.1 引言 工业机器人的出现和高速发展是社会、经济发展的必然，是为提高社会的生产水平和人类的生活质量，让机器人替人们干那些人们不愿干、干不了、干不好的工作。我国对于工业机器人的定义为：“一种自动化的机器，所不同的这种机器具备一些与人或者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”。1920年捷克作家卡雷尔·查培克在其剧本《罗萨姆的万能机器人》中最早使用机器人一词，剧中机器人“Robot”这个词的本意是苦力，即剧作家笔下的一个具有人的外表，特征和功能的机器，是一种人造的劳力。它是最早的工业机器人设想。 20世纪40年代中后期，机器人的研究与发明得到了更多人的关心与关注。50年代以后，美国橡树岭国家实验室开始研究能搬运核原料的遥控操纵机械手，如图0.2所示，这是一种主从型控制系统，主机械手的运动。系统中加入力反馈，可使操作者获知施加力的大小，主从机械手之间有防护墙隔开，操作者可通过观察窗或闭路电视对从机械手操作机进行有效的监视，主从机械手系统的出现为机器人的产生为近代机器人的设计与制造作了铺垫。 1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1959年，美国发明家英格伯格与德沃尔制造出世界上第一台工业机器人Unimate以来，从此工业机器人在现代化社会工业生产的环节中的占比与日俱增。同时伴随着新一轮工业革命及科技革命的到来，各国对于工业现代化都提出了更高的要求，德国提出了“工业4.0” 美国提出了“先进制造业国家战略计划”，并采取多种措施“吸引制造业回流”，英国提出了“高价值制造业战略”，日本提出了“产业复兴计划”、法国提出了“新工业法国”等。中国作为全球制造业中心，更要做好充分准备，提升中国制造业的国际竞争新优势，打造中国的工业现代化、做大做强中国制造，对此，我国提出了“中国制造2025”战略。在这场全球聚焦的科技革命中，机器人由于其安全，高效，智能，高精度及稳定性必将在这场革命中发挥巨大的作用。 1.2 机器人特点及分类 1.2.1 工业机器人机器人特点 工业机器人主要具有四个显著特点： 1）具有特定的机械结构 2）具有通用性 3）具有不同程度的智能 4）具有独立性 1.2.2 工业机器人机器人分类 关于机器人的分类，国际上没有统一的标准，由于机器人技术除主要应用在工业领域外同时也已经广泛地应用在农业、医疗、服务、娱乐、空间等各个领域。 按照机器人的技术等级划分 示教再现机器人 第一代工业机器人是示教再现型。这类机器人能够按照人类预先示教的轨迹、行为、顺序和速度重复作业。 感知机器人 第二代工业机器人具有环境感知装置，能在一定程度上适应环境的变化，目前已进入应用阶段。 智能机器人 第三代工业机器人称为智能机器人，具有发现问题，并且能自主地解决问题的能力，尚处在实验研究阶段。 按照机器人的机构特征划分 工业机器人的机械配置形式多种多样，典型机器人的机构运动特征是用其坐标特性来描述的。按照基本动作结构，工业机器人通常可分为直角坐标机器人、柱面坐标机器人、球面坐标机器人和关节型机器人等类型。 直角坐标机器人 直角坐标机器人具有空间上相互独立的多个直线移动轴，通过直角坐标方向的3个独立自由度确定手部的空间位置，其动作空间为一长方体。直角坐标机器人的结构较为简单，定位精度较高，空间轨迹容易求解，但同时其活动范围较小，设备的空间因数低，机体本身的体积较大。 直角坐标机器人 柱面坐标机器人 柱面坐标机器人 柱面坐标机器人的空间位置机构主要有旋转基座、垂直移动和水平移动轴构成，具有一个回转和两个水平自由度，活动空间为圆柱形。柱面坐标机器人的结构简单、刚性好，但同时也存在空间利用率低的缺点。 球面坐标机器人 球面坐标机器人的空间位置由旋转、摆动和平移3个自由度确定，空间动作轨迹形成一部分球面。结构紧凑，所占空间面积较球面坐标和直角坐标机器人少，但仍多于多关节机器人。 多关节型机器人 由多个旋转和摆动机构组合而成。这类机器人结构紧凑、工作空间大、动作和人相仿，对喷涂，装配、焊接等多种工位具有良好的适应性，应用范围较广。摆动方向主要为铅垂和水平方向，这类机器人又可分为垂直多关节机器人和水平多关节机器人。 多关节机械手 垂直多关节机械手 垂直多关节机器人 模拟人的手