工业机器人的系统分析和仿真研究

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摘 要：文章介绍了工业机器人的系统分析和仿真研究，以及工业机器人的发展历程，文章并对工业机器人运动学理论知识，以及SJ-01工业机器人的工作原理进行了一系列的论述，文章的最后并对工业机器人的仿真研究的未来前景做了分析。

关键词：工业机器人;仿真;搬运;机械

1 前言

工业机器人是涵盖着机械工程，控制工程，电子技术，传感技术，计算机以及人工智能等多学科技术于一体的交叉科学的自动化设备。1962年美国制造出世界上第一台示教型工业机器人，从此以后，伴随着科学技术的不断发展，机器人技术发展水平日益剧增，并且工业也在飞速发展，工业机器人的出现之后，普遍应用于装配，搬运，切割，检测以及喷涂等领域。现阶段已成为自动化工厂，计算机集成制造系统以及柔性制造系统的不可替代的工具。工业机器人在提高产品的质量和产量的同时，对于减轻劳动强度，保障人身安全以及提高生产率和节约原材料并且降低生产成本，都有着不可取代的重要意义。经过简单的落实工作，结果，国际机器人联合会数据显示，2011年，中国工业机器人装机数量竟然达到了74867台，任何事情的存在都有着两面性，不过，机器人密度仅仅是每1万名产业工人才只有21台，这个数据远远低于国际成熟市场水平。并且，国外品牌的机器人占据国内机器人百分之九十以上的市场，另外国内本土品牌占有的市场份额竟然不到百分之十，之所以出现这种情况，究其原因是因为国内工业机器人的性能远远不如国外同类产品的性能，并且国外工业机器人具有精度高，速度快，运行稳定，以及性价比高，使用寿命长等诸多优点，所以科研工作人员加快研发高性能的工业机器人，这项科研工作，总的来说，对于提高我国在机器人领域的技术水平具有难以估量的意义。

2 工业机器人的发展历程

伴随着科学技术的不断进步，工业机器人学科变得越来越有生命力，从上个世纪 50 年代美国发明第一台工业机器人开始，到如今这个时间，机器人的发展已经历经了大半个世纪。纵观全局，这大半个世纪以来机器人的发展历史，机器人技术在工业需求的带领之下，已经得到了翻天覆地的变化。众所周知，在国际上，工业机器人现如今已经成为一个成熟的产业，并且工业机器人被广泛地应用在汽车，电器，摩托车以及机械等工业生产领域。无人不知，工业机器人在发达国家中已经存在了很多年。在国内，工业机器人经过几代科研工作者坚持不懈的努力现在已经取得了很大进展，而且在某些关键技术上面取得了不少成绩已。不过，总的来说，国内机器人行业确实还存在着缺乏整体核心技术的突破，并且具有中国知识产权的工业机器人的数量微乎极微，这需要我们科研工作人员在科研工作中要做到沉住心，仔细的钻研，从而为了实现国家科技的发展做出贡献。现在国内机器人技术仅仅相当于国外发达国家 80 年代初期的水平，尤其是在制造工艺和装备以及机器人控制方面，我国还不能生产出高精密，高速度，高效率的工业机器人。机器人控制技术是机器人实现一系列功能的核心，同时也是影响机器人性能的关键部分，控制技术在很大程度上一直制约着机器人技术的发展。伴随着计算机科学，传感器技术，以及图像处理技术和其它相关技术的迅速发展，这时候，需要对机器人性能提出更高的要求，从而让工业机器人朝着快速高精度方向不断的发展，这对于机器人控制技术来说是一个不可攻克的挑战。总而言之，机器人控制理论的发展过程大致可以分为三个阶段经历传统控制，现代控制理论和智能控制。

3 工业机器人运动学理论知识

所谓运动学通俗的说也就是关于运动的科学学科。在进行运动学分析研究时，一般情况下不考虑系统的驱动力，同时也会直接忽略零部件的变形，换句话说也就是将零部件看作刚体。对多刚体系统进行运动学分析时，需要把机构中连接构件和构件的运动副作为起点，并且构件的位置，速度以及加速度都是和运动副对应的约束方程来进行解答的。工业机器人的本体结构比较繁琐复杂，为了能够更加形象的描述机器人构件在空间的姿态，可以通过在构件上固结坐标系，然后通过描述坐标系的关系来间接的研究机器人构件的运动学。D-H法是机器人运动学研究的一种重要的方法，D-H法全称Denavit-Hatenberg，是Denavit和Hatenberg这两位科学工作者共同提出的一种研究串联机器人运动学的方法。

4 SJ-01工业机器人的工作原理

SJ-01工业机器人的主要应用领域是码垛搬运行业，典型的码垛过程是通过托盘库调出托盘之后，并且摆放到提前安置好的位置，安放在货物输送机末端的传感器一旦感应到货物时，码操机器人就会根据预设的轨迹把堆放好的货物抓起，并井然有序的排列在托盘上，并且抓手回位，不断的重复上述过程，直到托盘装满了货物。装满货物后，垛盘输送机就会把垛盘运送到另外一个需要码垛搬运的位置，这样就可以完成了一个完整的码垛动作。SJ-01工业机器人具备可以同时向多个托盘摆放货物的功能，这样在一定条件下可以提高码操效率，不过程序的编辑极为繁琐。在向一个托盘摆放货物过程中，某一层摆满货物后，托盘在升降机构的作用下可以本能的下降一定的距离，这个距离我们称之为货物的高度，这样就可以让货物摆放的位置始终保持在第一层的几个位置，这样就可以让每一层码垛需要的程序保持不变，节省了时间的同时还大大减小了抓手的运动空间，这样不仅仅简化了程序的编辑过程，同时对于提高码垛效率也起着至关重要的作用。

5 总结

伴随着工业的快速发展，为了实现工业机器人高速高精度的运动控制，不但涉及到机器人的各个方面，同时也要求机器人本身的技术交叉性很强，例如本体结构优化技术，高速情况下的轨迹规划技术，以及多传感器信息融合技术等方面的科学技术。在工业机器人仿真过程中，机器人的虚拟样机模型的精确程度直接影响着仿真效果，所以说，更加精确的虚拟样机模型的建立，是今后工业机器人科研工作的一个重要方向。

参考文献：

[1]武志云，付利民.机器人操作手惯性参数的有限元算法[J].内蒙古工业大学学报，1995.

[2]王莉，钟竞，闫保定，韩希骅.机器人变结构自适应控制的研究 [J].机器人，1995.