最优力矩理念下四自由度机械臂轨道规划.doc

最优力矩理念下四自由度机械臂轨道规划 1 绪论 引言机器人技术融合了机械工程、电子技术、计算机科学、控制工程、人工智能等多门学科,能够在很大程度上反映一个⑴。机器人按照使用功能的不同,可以大体分为工业机器人、极限环境作业机器人以及医疗机器人三种。其中极限环境作业机器人又称为特种机器人,它可以代替人类完成某些危险环境下或者人类目前无法到达环境下的作业任务,最能体现机器人的应用价值[2- 3] 。目前此类机器人在海洋探测、航天工程、排爆作业及核工业等领域已经得到较为广泛的应用。对于特种机器人来说,它是为了完成某项特定的任务而诞生的,任务的独特性也就决定了对其进行运动控制应具有较强的针对性,而轨迹规划又是运动控制的基础,是需要深入研究的。轨迹规划可以在关节空间或笛卡尔空间进行,科研人员应该根据具体作业任务选择规划空间。在关节空间进行的轨迹规划是指将关节变量表示为时间的函数,而笛卡尔空间是将末端执行器的位移、速度和加速度表示为时间的函数[2] 。精度是衡量机器人性能的重要指标,对于机器人的可靠性具有非常重要的意义,在某种程度上甚至是决定其能否应用于工程实际的关键因素。因此,在设计阶段就有必要提出机器人精度的概念,以便于制定科学合理的设计指标[4, 5] 。精度的高低是通过误差大小来体现的,因此精度问题也就等同于误差问题,误差又可分为静态误差、柔性误差以及控制误差。静态误差是指假设机械臂各组成构件为理想刚体时,由于制造、装配、控制等因素造成的末端误差; 柔性误差是指考虑机械臂构件为柔性时,由于构件柔性变形因素所造成的末端误差;而控制误差是由于控制系统或元器件的不精确, 造成的末端误差。本文主要针对机械臂的静态误差进行分析,柔性误差和控制误差还需要课题组再做进一步深入研究。 国内外机械臂发展现状机械臂是一种典型的机器人机构,由于其携带方便、性能稳定、操作灵活、工作空间大等特点,被广泛的应用于喷涂、装配、上下料、傳接、航天探索等生产实践中的各种场合。 1954 年美国人 . Devol 制造出世界上第一台可编程的机械手,同时提出了工业机器人的概念。 1959 年, Devol 与 共同制造出世界上第一台工业机器人,接着又成立了 Unimation 公司,这家公司被创始人于 1983 年,工业机器人产业发展极其旺盛的年代,以一亿多美元出售给西屋公司。 1962 年,美国 AFM 公司生产出 Verstran 搬运机器人,掀起工业机器人研发热潮。 1967 年,日本川崎重工和丰田公司分别从美国购买了 Unimatie 和 Verstran 的生产许可证,从此日本幵始走向设计和生产工业机器人的道路,并发展成为目前世界上拥有机器人种类和数量最多、技术最先进的、应用最广泛的国家_ 。目前,无论从机器人研发实力、生产规模还是应用范围的角度来讲, 优势主要集中在以日本、美国为代表,包括德国、瑞典、意大利等少数发达国家。其中,比较著名的机器人生产厂商有日本的川崎、 YASKAWA 、 FUNAC 、 OTC 、 HONDA, 美国的 AdeptTechnology 、 iRobot 、 American Robot 、 Emerson Industrial Automation, 德国的 KUKA 、西门子, 以及瑞典的 ABB Robotic