船舶分段划线机械臂管控技术研究

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1、船舶分段划线机械臂管控技术研究1绪论1.1选题背景20世纪60年代以来，机器人已经广泛的应用在工业生产⑴，在医疗、探测和军事等领域也逐渐占据越来越重要的地位。国际上，对于机器人还没有一个的普遍接受的定义，所以各个国家或组织都根据自己的理解对机器人做出定义。国际标准组织将机器人定义为一种可以通过程序控制的、自动完成任务的多功能机械手。日本工业机器人协会则将工业机器人定义为装有记忆装置的可以代替人类劳动的通用机器。机器人具有精确度高、灵活性好、速度快、适应性强和工作时间长等特点，应用在工业生产中可以大大提高工作效率、改善工作效果和减少工作人员。同时机器人又可以在极其恶劣的环境下正

2、常工作，所以机器人广泛的应用于深海和宇宙的探索。现在的工作、生活、医疗已经越来越离不幵机器人了。因此，对机器人的研究和幵发是非常重要的。下图是智能机器人阿西莫。是日本丰田公司幵发的，具有代表性的仿人型智能机器人。1.2机械臂概述与阿西莫一样，机械臂也是机器人的一种，由于它具有造价相对低廉、操控简单、技术难度较小和设备维修费用低等优点，被广泛应用于工业生产中，所以也被称为工业机器人。机械臂是自动化装备的典型代表，融合了机械、电子、控制、计算机等诸多学科的先进技术[3]。机械臂分为五个部分：1、执行系统。2、驱动系统。3、控制系统。4、传感系统。5、输入/输出系统接口。机械臂已经

3、成为生产流水线上不可或缺的设备，它能快速、高效、准确地完成切割、得接、喷涂、搬运等繁琐复杂的工作。机械臂的应用于可以减少工作人员、提高生产效率、增加制造精度和提高产品质量。目前，机械臂主要应用于四个方面：材料加工、零件制造、产品检验和装配。在汽车工业、机电工业、通用机械工业、金属加工、铸造等领域的技术已经相当成熟，尤其是在汽车工业中，燥接、物料搬运、装配、喷涂、精加工、拾料、机械管理等环节完全由机械臂完成。用于汽车工业的机械臂数量超过机械臂总数量的三分之一[4]。由于机械臂技术正在向着智能化、模块化和系统化的方向发展[5]，机械臂的应用范围也在不断扩大，国际上对机械臂的需求逐

4、年增加。在2010年，机械臂的销售量达到了118337台，差不多是2009年销售量的两倍。汽车工业和电子工业是机械臂的主要销售渠道[6]。这说明机械臂拥有着广泛的市场。1.3国内外研究概述1960年，第一台机械臂诞生于美国的AMF公司。全世界对于机械臂的研究已经走过五十二年的历程，机械臂技术在这五十多年间，得到了相当巨大的发展。现在，日本、美国和德国的机械臂技术已经相当成熟。机械臂是二十世纪新一代的生产工具[7]，是衡量工业自动化水平的重要标志。1.3.1国外研究概述美国AMF公司制造了第一台用于工业生产的机器人；Unimation公司在1962年成立并研究机器人，同年由通用

5、公司安装了第一台Unimate机器人；之后机器人技术在美国不断发展完善，现在美国拥有很多世界著名的机械臂公司，如AmericanRobot、AdeptTechnology、S-TRobotics、EmersonIndustrialAutomation公司。亚洲的机械臂制造以日本为代表。日本在1967年从Unimation公司进口了喷涂机器人，开始了对机器人的研发。在八十年代工业机器人在日本已经得到了广泛的应用，成为了当时著名的机器人王国。日本的机械臂制造、出口量都是世界第一位。现在拥有FANUC、Yaskaaticjoint)和旋转关节(revolutejoint)通过串联的

6、方式链接而成的。相邻连杆的运动受所链接的关节(joint)约束，通过关节的位移或者旋转角度的改变，从而控制机械臂的末端执行器的行走路线和控制末端执行器的姿态。由于旋转关节型机器人在相同的几何参数和运动参数下，比移动关节型机器人的可达空间大，所以工业机械臂大多数都采用旋转关节作为连接关节。机械臂的运动学主要研究各刚性连杆的位置坐标，当各连杆的位置坐标确定好之后，整个刚体在空间中的状态就唯一的确定下来了。2.2机械臂位姿根据谷明宇[16]的介绍，可以得出机械臂TCP的位姿变换矩阵的向量形式。机械臂的TCP就是机械臂末端执行器的操作点，如爆枪的枪口、刀具的刀头等。机械臂的位姿是位置

7、和姿态的简称。位姿可以明确表达机械臂所处的位置和各个连杆的姿态。将坐标系固定在机械臂连杆的关节上，通过坐标系的齐次变换即可得出机械臂在空间中的位置和姿态。3机械臂的控制系统和运动规划............34-423.1机械臂控制系统...........34-373.1.1控制系统的功能...........34-353.1.2控制系统的组成...........35-373.1.3控制系统的分类...........373.2位置控制...........37-403.3运动规划.........