工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)分析和仿真研究

蘇　杰（哈爾濱博強(qiáng)機(jī)器人技術(shù)有限公司,哈爾濱　150000）

工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)分析和仿真研究

蘇杰
（哈爾濱博強(qiáng)機(jī)器人技術(shù)有限公司,哈爾濱150000）

摘要：文章介紹了工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)分析和仿真研究，以及工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程，文章并對(duì)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)理論知識(shí)，以及SJ-01工業(yè)機(jī)器人的工作原理進(jìn)行了一系列的論述，文章的最后并對(duì)工業(yè)機(jī)器人的仿真研究的未來前景做了分析。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；仿真；搬運(yùn)；機(jī)械

1　前言

工業(yè)機(jī)器人是涵蓋著機(jī)械工程，控制工程，電子技術(shù)，傳感技術(shù)，計(jì)算機(jī)以及人工智能等多學(xué)科技術(shù)于一體的交叉科學(xué)的自動(dòng)化設(shè)備。1962年美國制造出世界上第一臺(tái)示教型工業(yè)機(jī)器人，從此以后，伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)發(fā)展水平日益劇增，并且工業(yè)也在飛速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)之后，普遍應(yīng)用于裝配，搬運(yùn)，切割，檢測以及噴涂等領(lǐng)域?，F(xiàn)階段已成為自動(dòng)化工廠，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)以及柔性制造系統(tǒng)的不可替代的工具。工業(yè)機(jī)器人在提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量的同時(shí)，對(duì)于減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保障人身安全以及提高生產(chǎn)率和節(jié)約原材料并且降低生產(chǎn)成本，都有著不可取代的重要意義。經(jīng)過簡單的落實(shí)工作，結(jié)果，國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2011年，中國工業(yè)機(jī)器人裝機(jī)數(shù)量竟然達(dá)到了74867臺(tái)，任何事情的存在都有著兩面性，不過，機(jī)器人密度僅僅是每1萬名產(chǎn)業(yè)工人才只有21臺(tái)，這個(gè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國際成熟市場水平。并且，國外品牌的機(jī)器人占據(jù)國內(nèi)機(jī)器人百分之九十以上的市場，另外國內(nèi)本土品牌占有的市場份額竟然不到百分之十，之所以出現(xiàn)這種情況，究其原因是因?yàn)閲鴥?nèi)工業(yè)機(jī)器人的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如國外同類產(chǎn)品的性能，并且國外工業(yè)機(jī)器人具有精度高，速度快，運(yùn)行穩(wěn)定，以及性價(jià)比高，使用壽命長等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以科研工作人員加快研發(fā)高性能的工業(yè)機(jī)器人，這項(xiàng)科研工作，總的來說，對(duì)于提高我國在機(jī)器人領(lǐng)域的技術(shù)水平具有難以估量的意義。

2　工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程

伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人學(xué)科變得越來越有生命力，從上個(gè)世紀(jì)50年代美國發(fā)明第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人開始，到如今這個(gè)時(shí)間，機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)歷經(jīng)了大半個(gè)世紀(jì)?？v觀全局，這大半個(gè)世紀(jì)以來機(jī)器人的發(fā)展歷史，機(jī)器人技術(shù)在工業(yè)需求的帶領(lǐng)之下，已經(jīng)得到了翻天覆地的變化。眾所周知，在國際上，工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)如今已經(jīng)成為一個(gè)成熟的產(chǎn)業(yè)，并且工業(yè)機(jī)器人被廣泛地應(yīng)用在汽車，電器，摩托車以及機(jī)械等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。無人不知，工業(yè)機(jī)器人在發(fā)達(dá)國家中已經(jīng)存在了很多年。在國內(nèi)，工業(yè)機(jī)器人經(jīng)過幾代科研工作者堅(jiān)持不懈的努力現(xiàn)在已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，而且在某些關(guān)鍵技術(shù)上面取得了不少成績已。不過，總的來說，國內(nèi)機(jī)器人行業(yè)確實(shí)還存在著缺乏整體核心技術(shù)的突破，并且具有中國知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量微乎極微，這需要我們科研工作人員在科研工作中要做到沉住心，仔細(xì)的鉆研，從而為了實(shí)現(xiàn)國家科技的發(fā)展做出貢獻(xiàn)?，F(xiàn)在國內(nèi)機(jī)器人技術(shù)僅僅相當(dāng)于國外發(fā)達(dá)國家80年代初期的水平，尤其是在制造工藝和裝備以及機(jī)器人控制方面，我國還不能生產(chǎn)出高精密，高速度，高效率的工業(yè)機(jī)器人。機(jī)器人控制技術(shù)是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)一系列功能的核心，同時(shí)也是影響機(jī)器人性能的關(guān)鍵部分，控制技術(shù)在很大程度上一直制約著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。伴隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)，傳感器技術(shù)，以及圖像處理技術(shù)和其它相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，這時(shí)候，需要對(duì)機(jī)器人性能提出更高的要求，從而讓工業(yè)機(jī)器人朝著快速高精度方向不斷的發(fā)展，這對(duì)于機(jī)器人控制技術(shù)來說是一個(gè)不可攻克的挑戰(zhàn)?？偠灾?，機(jī)器人控制理論的發(fā)展過程大致可以分為三個(gè)階段經(jīng)歷傳統(tǒng)控制，現(xiàn)代控制理論和智能控制。

3　工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)理論知識(shí)

所謂運(yùn)動(dòng)學(xué)通俗的說也就是關(guān)于運(yùn)動(dòng)的科學(xué)學(xué)科。在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析研究時(shí)，一般情況下不考慮系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)也會(huì)直接忽略零部件的變形，換句話說也就是將零部件看作剛體。對(duì)多剛體系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析時(shí)，需要把機(jī)構(gòu)中連接構(gòu)件和構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)副作為起點(diǎn)，并且構(gòu)件的位置，速度以及加速度都是和運(yùn)動(dòng)副對(duì)應(yīng)的約束方程來進(jìn)行解答的。工業(yè)機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)比較繁瑣復(fù)雜，為了能夠更加形象的描述機(jī)器人構(gòu)件在空間的姿態(tài)，可以通過在構(gòu)件上固結(jié)坐標(biāo)系，然后通過描述坐標(biāo)系的關(guān)系來間接的研究機(jī)器人構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)學(xué)。D-H法是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)研究的一種重要的方法，D-H法全稱Denavit-Hatenberg，是Denavit和Hatenberg這兩位科學(xué)工作者共同提出的一種研究串聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的方法。

4　SJ-01工業(yè)機(jī)器人的工作原理

SJ-01工業(yè)機(jī)器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域是碼垛搬運(yùn)行業(yè)，典型的碼垛過程是通過托盤庫調(diào)出托盤之后，并且擺放到提前安置好的位置，安放在貨物輸送機(jī)末端的傳感器一旦感應(yīng)到貨物時(shí)，碼操機(jī)器人就會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的軌跡把堆放好的貨物抓起，并井然有序的排列在托盤上，并且抓手回位，不斷的重復(fù)上述過程，直到托盤裝滿了貨物。裝滿貨物后，垛盤輸送機(jī)就會(huì)把垛盤運(yùn)送到另外一個(gè)需要碼垛搬運(yùn)的位置，這樣就可以完成了一個(gè)完整的碼垛動(dòng)作。SJ-01工業(yè)機(jī)器人具備可以同時(shí)向多個(gè)托盤擺放貨物的功能，這樣在一定條件下可以提高碼操效率，不過程序的編輯極為繁瑣。在向一個(gè)托盤擺放貨物過程中，某一層擺滿貨物后，托盤在升降機(jī)構(gòu)的作用下可以本能的下降一定的距離，這個(gè)距離我們稱之為貨物的高度，這樣就可以讓貨物擺放的位置始終保持在第一層的幾個(gè)位置，這樣就可以讓每一層碼垛需要的程序保持不變，節(jié)省了時(shí)間的同時(shí)還大大減小了抓手的運(yùn)動(dòng)空間，這樣不僅僅簡化了程序的編輯過程，同時(shí)對(duì)于提高碼垛效率也起著至關(guān)重要的作用。

5　總結(jié)

伴隨著工業(yè)的快速發(fā)展，為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人高速高精度的運(yùn)動(dòng)控制，不但涉及到機(jī)器人的各個(gè)方面，同時(shí)也要求機(jī)器人本身的技術(shù)交叉性很強(qiáng)，例如本體結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，高速情況下的軌跡規(guī)劃技術(shù)，以及多傳感器信息融合技術(shù)等方面的科學(xué)技術(shù)。在工業(yè)機(jī)器人仿真過程中，機(jī)器人的虛擬樣機(jī)模型的精確程度直接影響著仿真效果，所以說，更加精確的虛擬樣機(jī)模型的建立，是今后工業(yè)機(jī)器人科研工作的一個(gè)重要方向。

參考文獻(xiàn)：

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