多关节机械臂的结构设计论文与建模.doc

1绪论 1.1机械人发展历史 人类对机器人的追求与幻想已有300多年的历史。早在西周时期，我国的能工巧匠偃师就研制出了一个歌舞艺人，这是我国最早记载的机器人。据《墨经》记载，春秋后期，鲁班曾制造过一只木鸟，能在空中飞行保持“三日不下” 的战绩。1800年前的汉代，大科学家张衡不仅发明了地动仪，而且发明了计里鼓车，其每行一里，车上木人击鼓一下，每行十里击钟一下。后汉三国时期，蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了“木牛流马”，并用其在崎岖山路中运送军粮，支援前方战争。在国外，古希腊人发明了最原始的机器人──太罗斯，它是以水、空气和蒸汽压力为动力的会动的青铜雕像，它可以借助蒸汽唱歌，还可以自己开门。 1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶，并在大阪的道顿堀演出。1738年，法国天才技师杰克?戴?瓦克逊发明了一只机器鸭，它会会游泳，嘎嘎叫和喝水，还会进食和排泄。1773年，著名的瑞士钟表匠杰克?道罗斯和他的儿子利?路易?道罗斯利用齿轮和发条原理而制成了自动书写玩偶、自动演奏玩偶等，它们有的拿着鹅毛蘸墨水写字，有的拿着画笔和颜色绘画，结构巧妙，服装华丽，这在欧洲风靡一时。 现代机器人的发展历史：1927年，在纽约举行的世界博览会上美国西屋公司工程师温兹利展出了其制造的第一个机器人“电报箱”，它是一个装有无线电发报机的电动机器人，可以回答一些问题，但该机器人不能走动。1938-1945期间，由于核工业和军事工业的发展，研制了主要用于放射性材料的生产和处理过程的“遥控操纵器”。1947年，对这种较简单的机械装置进行了改进，采用电动伺服方式，使其从动部分能跟随主动部分运动，称为主从机械手。1949-1953期间，随着先进飞机制造的需要，美国麻省理工学院辐射实验室开始研制数控铣床。值得高兴的是1953年研制成功了能按照模型轨迹做切削动作的多轴数控铣床。1954年，美国人真正设计制作了世界上第一台机器人实验装置，并发表了题为《适用于重复作业的通用性工业机器人》的文章。1960年美国“联合控制公司”研制出第一台真正意义上的工业机器人，开始定型生产工业机器人。两年后，美国“机床与铸造公司”也生产了另一种可编程工业机器人。70年代中期，由于机器人产业的蓬勃发展，一门崭新的学科-机器人学诞生了。随着机器人应用领域的进一步扩大，不同的应用场所，导致了各种坐标系统、各种结构的机器人相继出现，大规模集成电路和计算机技术飞跃发展使机器人的控制性能大大提高，成本不断下降。80年代 ，随着传感技术和智能技术的发展，人类真正开始进入智能机器人研究阶段。不同结构、不同控制方法和不同用途的工业机器人在工业发达国家真正进入了实用化的普及阶段。机器人视觉、触觉、力觉、接近觉等项研究和应用，大大提高了机器人的适应能力，扩大了机器人的应用范围，促进了机器人的智能化进程。90年代，随着信息技术的进一步发展，人类制造出具有感知、动作能力、决策的智能型机器人。 它不仅具有独立判断和行动的能力，而且还具有记忆、推理和决策的能力，因而能够完成更加复杂的动作。中央电脑控制手臂和行走装置，使机器人的手完成作业，脚完成移动，机器人不仅能够用自然语言与人对话，当智能机器人在发生故障时，通过自我诊断装置能自我诊断出故障部位，并能自我修复。今天，智能机器人的应用范围大大地扩展了，除工农业生产外，机器人应用到各行各业，机器人已具备了人类的特点。机器人向着智能化、拟人化方向发展的道路，是没有止境的。2002年 丹麦iRobot公司推出了有吸尘功能的吸尘器机器人Roomba，一方面它能避开障碍，自动的设计其行进路线，还能在电量不足的时侯，自动的驶向充电座进行充电。Rhomba是目前世界上销量最大、最商业化的家用机器人。2006年 6月，微软公司推出一款Microsoft Robotics Studio机器人，随着机器人平台统一化的趋势越见明显，著名人物比尔?盖茨预言，家用机器人很快将席卷全球。 1.2国内发展状况 随着高科技技术成为世界各国争夺的焦点，机器人技术作为其重要的分支受到各国的普遍重视。我国政府当然将予以高度的关注。继动力机、计算机之后而出现的全面延伸人的体力和智力的新一代生产工具工业机器人在制造业中诞生的，它作为现代制造业的主要自动化装备在制造业中得到广泛的应用，我们希望其将在未来的制造企业中扮演越来越重要的角色。我国对于机器人的研究始于上世纪70年代，并被列入“七五”期间实施的国家“863”高科技发展计划。我国于1972年开始真正研制自己的工业机器人，我国目前从事机器人研发和应用工程的单位相对较少，目前从事机器人研发与制造的单位仅有200余家。在机器人技术及应用方面取得了很大的成就，主要研究成果有：两足步行机器人(由哈尔滨工业大学研制) ，遥控检查和排险机器人（沈阳自动化所），壁面