工業機器人的系統分析和仿真研究

蘇　杰（哈爾濱博強機器人技術有限公司,哈爾濱　150000）

工業機器人的系統分析和仿真研究

蘇杰
（哈爾濱博強機器人技術有限公司,哈爾濱150000）

摘要：文章介紹了工業機器人的系統分析和仿真研究，以及工業機器人的發展歷程，文章并對工業機器人運動學理論知識，以及SJ-01工業機器人的工作原理進行了一系列的論述，文章的最后并對工業機器人的仿真研究的未來前景做了分析。

關鍵詞：工業機器人；仿真；搬運；機械

1　前言

工業機器人是涵蓋著機械工程，控制工程，電子技術，傳感技術，計算機以及人工智能等多學科技術于一體的交叉科學的自動化設備。1962年美國制造出世界上第一臺示教型工業機器人，從此以后，伴隨著科學技術的不斷發展，機器人技術發展水平日益劇增，并且工業也在飛速發展，工業機器人的出現之后，普遍應用于裝配，搬運，切割，檢測以及噴涂等領域。現階段已成為自動化工廠，計算機集成制造系統以及柔性制造系統的不可替代的工具。工業機器人在提高產品的質量和產量的同時，對于減輕勞動強度，保障人身安全以及提高生產率和節約原材料并且降低生產成本，都有著不可取代的重要意義。經過簡單的落實工作，結果，國際機器人聯合會數據顯示，2011年，中國工業機器人裝機數量竟然達到了74867臺，任何事情的存在都有著兩面性，不過，機器人密度僅僅是每1萬名產業工人才只有21臺，這個數據遠遠低于國際成熟市場水平。并且，國外品牌的機器人占據國內機器人百分之九十以上的市場，另外國內本土品牌占有的市場份額竟然不到百分之十，之所以出現這種情況，究其原因是因為國內工業機器人的性能遠遠不如國外同類產品的性能，并且國外工業機器人具有精度高，速度快，運行穩定，以及性價比高，使用壽命長等諸多優點，所以科研工作人員加快研發高性能的工業機器人，這項科研工作，總的來說，對于提高我國在機器人領域的技術水平具有難以估量的意義。

2　工業機器人的發展歷程

伴隨著科學技術的不斷進步，工業機器人學科變得越來越有生命力，從上個世紀50年代美國發明第一臺工業機器人開始，到如今這個時間，機器人的發展已經歷經了大半個世紀。縱觀全局，這大半個世紀以來機器人的發展歷史，機器人技術在工業需求的帶領之下，已經得到了翻天覆地的變化。眾所周知，在國際上，工業機器人現如今已經成為一個成熟的產業，并且工業機器人被廣泛地應用在汽車，電器，摩托車以及機械等工業生產領域。無人不知，工業機器人在發達國家中已經存在了很多年。在國內，工業機器人經過幾代科研工作者堅持不懈的努力現在已經取得了很大進展，而且在某些關鍵技術上面取得了不少成績已。不過，總的來說，國內機器人行業確實還存在著缺乏整體核心技術的突破，并且具有中國知識產權的工業機器人的數量微乎極微，這需要我們科研工作人員在科研工作中要做到沉住心，仔細的鉆研，從而為了實現國家科技的發展做出貢獻。現在國內機器人技術僅僅相當于國外發達國家80年代初期的水平，尤其是在制造工藝和裝備以及機器人控制方面，我國還不能生產出高精密，高速度，高效率的工業機器人。機器人控制技術是機器人實現一系列功能的核心，同時也是影響機器人性能的關鍵部分，控制技術在很大程度上一直制約著機器人技術的發展。伴隨著計算機科學，傳感器技術，以及圖像處理技術和其它相關技術的迅速發展，這時候，需要對機器人性能提出更高的要求，從而讓工業機器人朝著快速高精度方向不斷的發展，這對于機器人控制技術來說是一個不可攻克的挑戰。總而言之，機器人控制理論的發展過程大致可以分為三個階段經歷傳統控制，現代控制理論和智能控制。

3　工業機器人運動學理論知識

所謂運動學通俗的說也就是關于運動的科學學科。在進行運動學分析研究時，一般情況下不考慮系統的驅動力，同時也會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。對多剛體系統進行運動學分析時，需要把機構中連接構件和構件的運動副作為起點，并且構件的位置，速度以及加速度都是和運動副對應的約束方程來進行解答的。工業機器人的本體結構比較繁瑣復雜，為了能夠更加形象的描述機器人構件在空間的姿態，可以通過在構件上固結坐標系，然后通過描述坐標系的關系來間接的研究機器人構件的運動學。D-H法是機器人運動學研究的一種重要的方法，D-H法全稱Denavit-Hatenberg，是Denavit和Hatenberg這兩位科學工作者共同提出的一種研究串聯機器人運動學的方法。

4　SJ-01工業機器人的工作原理

SJ-01工業機器人的主要應用領域是碼垛搬運行業，典型的碼垛過程是通過托盤庫調出托盤之后，并且擺放到提前安置好的位置，安放在貨物輸送機末端的傳感器一旦感應到貨物時，碼操機器人就會根據預設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，不斷的重復上述過程，直到托盤裝滿了貨物。裝滿貨物后，垛盤輸送機就會把垛盤運送到另外一個需要碼垛搬運的位置，這樣就可以完成了一個完整的碼垛動作。SJ-01工業機器人具備可以同時向多個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。在向一個托盤擺放貨物過程中，某一層擺滿貨物后，托盤在升降機構的作用下可以本能的下降一定的距離，這個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位置，這樣就可以讓每一層碼垛需要的程序保持不變，節省了時間的同時還大大減小了抓手的運動空間，這樣不僅僅簡化了程序的編輯過程，同時對于提高碼垛效率也起著至關重要的作用。

5　總結

伴隨著工業的快速發展，為了實現工業機器人高速高精度的運動控制，不但涉及到機器人的各個方面，同時也要求機器人本身的技術交叉性很強，例如本體結構優化技術，高速情況下的軌跡規劃技術，以及多傳感器信息融合技術等方面的科學技術。在工業機器人仿真過程中，機器人的虛擬樣機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模型的建立，是今后工業機器人科研工作的一個重要方向。

參考文獻：

[1]武志云,付利民.機器人操作手慣性參數的有限元算法[J].內蒙古工業大學學報,1995.

[2]王莉,鐘競,閆保定,韓希驊.機器人變結構自適應控制的研究[J].機器人,1995.