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基于DSP简化的工业机械人 课题研究背景 随着现代工业的发展，人们出于提高生产效率，稳定和提高产品质量，改善工人劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的考虑，发明了机械臂，并把它大量应用于生产过程中。目前中国制造加工业总体的自动化发展程度不高，极少企业实现车间的无人化生产，大多数的企业只是在少数的加工工艺中使用工业机器人，很多企业还是采用劳动密集型的生产加工方式。 机械臂是近代自动控制领域中出现的一项新技术，自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，经过四十多年的发展,工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。在制造业中,尤其是在汽车产业中,工业机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中,机器人都已逐步取代了人工作业。随着工业机器人向更深、更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高,机器人的应用范围还在不断地扩大,已从汽车制造业推广到其他制造业,进而推广到诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行业。此外,在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多,如无人侦察机(飞行器)、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。 在国外,工业机器人技术日趋成熟,已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。从而,相继形成了一批具有影响力的、著名的工业机器人公司,主要包括:瑞典的ABB Robotics,日本的FANUC、Yaskawa,德国的KUKA Roboter,美国的AdeptTechnology、American Robot、Emerson IndustrialAutomation、S-T Robotics,意大利COMAU,英国的AutoTech Robotics,加拿大的Jcd International Robotics,以色列的Robo-group Tek公司,这些公司已经成为其所在地区的支柱性产业，并且形成工业机器人的产业化。作为世界领先的工业机器人制造商，库卡公司公司工业机器人年产量超过15000台，至今已在全球安装了超过15万台工业机器人【1】。在国内, 通过几十年的研究在机器人理论研究方面不落后于发达国家，但是中国工业机器人的产业化程度严重不足。对于机器人???研究主要集中在一些科研院所。沈阳自动化研究所的新松机器人公司、哈尔滨工业大学的博实自动化设备有限公司、北京机械工业自动化研究所机器人开发中心、海尔机器人公司等是目前该领域实力较强的企业。随着经济的飞速发展，中国成为了全球增长最快的机器人市场，在2009年工业机器人年安装量位列世界第五。如此巨大的需求，本国的机器人企业大大不能满足要求，除了一家ABB工业机器人供应商在中国建厂外，大部分的机器人是从日本、欧洲及北美进口，其中70%的机器人来自日本【2、3】。 2、课题研究目的和意义 虽然经济实现全球化，科学无国界，但国外先进的工业机器人对我国实行的技术封锁，使得我国的工业机器人还处在摸索研究的阶段，没能形成产业化。尽管很多企业也亟待实行自动化生产，需用大量的工业机器人代替人工作，但昂贵的工业机器人装备、设备使用维护和故障维修等技术难点使这些企业变得有心无力，望洋兴叹。所以在满足使用要求的前提下开发一款价格低廉、使用维护方便的工业机器人就变得很迫切必要。通过掌握开发的工业机器人的技术，使得中小规模的企业能够实现自动化生产线的改造，改善工人的劳动强度，并且易于操作和维护，降低设备的保养和维修成本，实现企业能用得起的目标。 工业机器人通常指的是仿人手臂的机械臂，主要由机械本体、电器驱动、检测传感和控制系统等四大部分组成，本课题通过使用关节型机械臂，轻量化机械结构设计，简单化控制系统，从而实现简化机械臂，降低成本。该机械臂主要用于轻型、柔性等物体的搬用、装配等，如汽车布线、车轮螺栓的装配和紧固。 3、主要研究内容 本文简化机械臂的主体机械结构，通过动力学分析和仿真验证机械设计的可靠性，使用DSP处理器控制交流伺服电机，完成伺服控制，简化控制系统。 3.1 机械臂选型 关节型机器人（articulated robot）是模拟人的上臂而构成的。为了保证机器人手部有6个空间自由度，其主动关节数目一般为6，或不少于6。一般情况下，全部关节皆为转动型关节，而且其前3个关节一般都集中在手腕部。关节型机器人的特点是结构紧凑，所占空间体积小，相对的工作空间最大，还能绕过基座周围的一些障碍物，是机器人中使用最多的一种结构形式，比较典型的如PUMA、SCARA等。世界一些著名机器人都采用这种结构形式（图3.1所示）。选用多关节机械臂的优点是：动作灵活、运动惯性小、通用性强、能抓取靠近机座的工件，并能绕过机