机械工程论文参考资料：fpga视角下5自由度工业机械臂管控体系分析

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1、机械工程论文参考资料：FPGA视角下5自由度工业机械臂管控体系分析第1章绪论1.1课题研究的背景及意义机器人技术涉及了各种相关的专业学科知识，代写论文代表了机电一体化综合技术的最高研究成果，标志着一个国家的综合科技水平，其集中了机构学、嵌入式技术、电子技术、传感技术、仿生学、运动学、动力学、计算机技术、自动控制理论和智能控制等前沿热门学科和领域。机器人技术经历了50来年的发展，已经有了质的飞跃，并且取得了丰硕的成果。机器人技术的快速发展，是生产力发展需求的必然结果，是科学技术发展综合性的结果，也是人类自身发展的最终结果。本文以5自由度机械臂为研究对象进行重点讲述，包括工业机器人的系统设计、运

2、动学分析、运动学求解、轨迹规划算法研究、FPGA并行控制器的介绍和Matlab仿真等内容。1.1.1工业机器人的历史背景机器人一词虽出现得较晚，但是这种思想和概念却早已在人类的大脑中出现。在我国，西周时期的能工巧匠偃师就研制出了能歌善舞的伶人，这是我国最早的涉及机器人概念的文字记载；春秋后期，著名的木匠鲁班曾制造过一只木鸟，能在空中飞行三日而不下，体现了我国劳动人民的聪明才智。机器人一词最早是在1920年由捷克作家卡雷尔•恰佩克在他的讽刺剧罗莎姆的万能机器人中首先提出的，剧中描述了一个与人类相似，但不知疲惫工作的机器奴仆Robot，中文被翻译为机器人。机器人标志发展历程如表1.1所

3、示。我国机器人的研究起步很晚，从1970年到1980年期间才开始得到国内科研人员的关注。在七五计划中把机器人研发列入国家重点科研项目规划内容中，并在863计划（国家高技术研究发展计划）的支持下将机器人技术列为一个重要的发展方向，从而加快了我国在机器人研究领域的步伐，全国第一个机器人研究示范工程1986年在沈阳建立。20世纪90年代中期，我国6000m以下深水作业的机器人试验成功。截止到2008年初，中国已有200多台喷漆工业机器人在几十家企业的自动喷漆生产线上得到大量的应用，而全世界工业机器人的使用数目如表1.2所示，表中数据于UNECE和IFR。1.1.2工业机器人的研究意义工业机器人是现

4、代制造业重要的自动化装备，发达国家以机器人为核心的自动化生产线已成为一种趋势,尤其在汽车、电子制造、冶金石化、港口物流等行业应用广泛，大大保证和提高了企业产品的质量和生产效率，推动了这些行业的快速发展。机器人不仅可以帮助人类实现一些恶劣、繁重、危险和难以实现等环境下的作业任务。而且机器人还具有操作精度高、可连续不断的工作等特点，可以减轻人们的劳动强度，提高劳动生产率。现代机器人的应用范围不仅包括制造领域，还包括非制造领域，如工业自动化生产线、军事、航空航天、服务业、医疗、人类日常生活等多个领域。人类科学技术的不断进步，推动着机器人技术不断的发展和完善，机器人技术的快速发展和广泛应用，又促进了

5、人民生活质量的改善，推动着生产力的提高和整个社会的进步。在现实生活中机器人无处不在，在人们日常生活中起着重要的作用，并开始慢慢的融入了人们的生活。机器人技术作为当今科学技术发展的前沿学科和重要的研究领域之一，必将成为未来社会生产和生活中不可缺少的重要工具。1.2国内外研究现状5R串联工业机械臂的研究是一项复杂的系统工程，包括机械结构、硬件平台、软件平台和算法部分等内容，在机械臂的研究过程中还将用到运动学理论、轨迹规划和三维图形仿真等技术。因此，论文的国内外研究现状包括工业机械臂的研究现状、机械臂控制系统的研究现状、机械臂运动轨迹规划的研究现状和工业机械臂仿真技术的研究现状等内容，现分别介绍如

6、下。串联机械臂的运动学理论分析包括正向运动学和逆向运动学，对于5R串联机械臂的控制系统研究，逆向运动学方程及其求解是至关重要的，是整个机械臂系统的基础。因此，国内外针对串联机械臂的运动学逆解的问题已经做了较深入的研究，并提出了多种方法进行求解和实现，在求出带D-H参数的运动学逆解等式中将会出现大量的三角函数与反三角函数形式，此时采用FPGA的硬件逻辑来处理带三角函数与反三角函数的逆解过程将是一个新的挑战，具有很大的难度。第2章5自由度机械臂系统设计2.1硬件系统设计工业机器人的机械结构系统设计是机器人整体设计的一个重要内容，其设计结果直接决定着机器人工作性能的好坏。由于工业机器人在设计上具有

7、非常大的灵活性，因此不同于其他机械自动化专用设备，不同应用领域的工业机器人在机械系统设计上差别较大，不同应用环境的使用要求是工业机器人机械系统设计的出发点。工业机器人在执行特定的任务时，是通过机械结构实现运动功能，完成规定范围内的高速度、高精度和高可靠性的工作任务。因此，机械臂的硬件系统设计的总体布局、执行机构、驱动方式、传递机构和控制系统等主要方面直接影响工业机器人的功能和性能。5自由度机械臂模型的硬件结构