導語：工業(yè)機器人系統(tǒng)分析與仿真一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：隨著改革開放政策不斷實施，工業(yè)技術(shù)已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，并且工業(yè)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域之中。機器人作為智能技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容，機器人技術(shù)在國內(nèi)很多的行業(yè)均有所應(yīng)用，隨著機器人技術(shù)逐漸成熟，其在工業(yè)生產(chǎn)中逐漸占據(jù)著非常重要的地位。我國的機器人技術(shù)起步較晚，目前和國外的機器人技術(shù)還有一定的差距，但相信經(jīng)過我們長時間的發(fā)展和努力我國的機器人技術(shù)必然會出現(xiàn)技術(shù)突破，在世界機器人行業(yè)贏得一席之地。計算機技術(shù)已經(jīng)成為了當代技術(shù)的發(fā)展主流，我們必須加快計算機相關(guān)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展研究，努力實現(xiàn)工業(yè)機器人技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。該文針對工業(yè)機器人進行系統(tǒng)分析和仿真研究，為實現(xiàn)工業(yè)機器人的技術(shù)創(chuàng)新突破提供重要支持。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人；系統(tǒng)分析；仿真

工業(yè)機器人技術(shù)主要包含了：工程控制、機械控制、電子技術(shù)、傳感技術(shù)、計算機人工智能、計算機技術(shù)等多維一體融合技術(shù)。工業(yè)機器人技術(shù)具備較大的發(fā)展?jié)摿?，因為工業(yè)機器人可以替代人類做一些人類無法實現(xiàn)或者不方便做的事情。工業(yè)機器人技術(shù)已經(jīng)變得日漸成熟，為工業(yè)實現(xiàn)自動化生產(chǎn)提供了重要支持，工業(yè)機器人技術(shù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)也在不斷發(fā)展，且規(guī)模變得越來越大[1]。工業(yè)機器人技術(shù)為工業(yè)生產(chǎn)提供了重要的產(chǎn)品質(zhì)量控制保障，為企業(yè)增產(chǎn)提供重要支持，對于有效提高工人的工作效率和生產(chǎn)量具有十分重要的意義。工業(yè)機器人的好處很多，就目前而言工業(yè)機器人為解放勞動力、提高生產(chǎn)效益和減少出錯率作用重大。

1工業(yè)機器人研究現(xiàn)狀

1.1國內(nèi)工業(yè)機器人的研究現(xiàn)狀。目前，工業(yè)機器人的發(fā)展相當迅速，且每年呈現(xiàn)出兩位數(shù)大幅度增長量，我國的工業(yè)機器人的銷量已經(jīng)達到了28萬臺。據(jù)世界工業(yè)機器人使用統(tǒng)計顯示，2015年全球的工業(yè)機器人的使用量已經(jīng)達到了150萬臺，預(yù)計在2018年全球的工業(yè)機器人的使用量將會突破230萬臺[2]。自從2014年以來，我國已經(jīng)成為了機器人消費和生產(chǎn)大國，在2014年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中，我國的工業(yè)機器人的生產(chǎn)量為5.4萬臺，同比2014年增長了55%，占全球的總量的1/4；同時比2004年增長了10余倍。2015年的工業(yè)機器人的生產(chǎn)量統(tǒng)計中顯示，我國在2015年機器人生產(chǎn)約為7.2萬臺，比2014年增長了25%，占全球總量的1/5；我國2016年工業(yè)機器人產(chǎn)量達到了28萬臺，比2015年增長了74.3%，占全球總量的3/10,；2017年的工業(yè)機器人的生產(chǎn)量達到了40萬臺，比2016年增長了30%，占全球總量的2/5，如表1所示。由此可見，中國的工業(yè)機器人的生產(chǎn)量出現(xiàn)逐年增長的局面，但是面臨著工業(yè)對機器人的功能需求不斷提高，相關(guān)的機器人技術(shù)也正在發(fā)生著革命性變化。未來的中國工業(yè)機器人市場存在著巨大的發(fā)展?jié)摿?，伴隨著我國的工業(yè)企業(yè)不斷轉(zhuǎn)型，勞動力成本也正在不斷增長，發(fā)展工業(yè)機器人技術(shù)將變得可分可行，對于降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效益顯得十分重要。1.2國外工業(yè)機器人的研究現(xiàn)狀。自從工業(yè)機器人的誕生以來，國外工業(yè)機器人的發(fā)展均已經(jīng)具有了一定的規(guī)模。世界工業(yè)機器人的生產(chǎn)規(guī)模一直保持著十分良好的生長趨勢，年均工業(yè)機器人的生產(chǎn)率保持著10%的比例增長。主要的國際機器人公司有歐系、日系、美系以及中國制造的工業(yè)機器人。目前，世界的工業(yè)機器人主要被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、物流運輸、商業(yè)服務(wù)以及資源探測等重要領(lǐng)域。各國的工業(yè)機器人的生產(chǎn)工人數(shù)量也有很大的差異，工業(yè)機器人的分布國家和每個地區(qū)的工業(yè)發(fā)展水平差異，直接影響了工業(yè)機器人的生產(chǎn)銷售。工業(yè)機器人在主要工作包含點焊、弧焊、裝配、涂料、沖壓、物料搬運、噴涂以及材料上下等。

2工業(yè)機器人多體系統(tǒng)動力學分析

工業(yè)機器人作為多體系統(tǒng)，其主要由多個系統(tǒng)組成，物體通運動連接著非常復(fù)雜的機械系統(tǒng)。工業(yè)機器人動力學根據(jù)多體系統(tǒng)的力學特性和剛體耦合多體系統(tǒng)動力學。多剛體系統(tǒng)主要指忽略系統(tǒng)中的物體彈性變形，將剛體作為處理系統(tǒng)，類似的系統(tǒng)則處于低速狀態(tài)。多柔性系統(tǒng)則主要指工業(yè)機器人系統(tǒng)中物體出現(xiàn)變形，必將通過柔性體進行處理；剛?cè)狁詈隙囿w系統(tǒng)則可以看做是柔性體系統(tǒng)中采用剛體來處理系統(tǒng)的一種模式[3]。2.1笛卡爾方法演變及應(yīng)用。工業(yè)機器人系統(tǒng)在解決動力學建模和自動化問題的時候，提出了多剛體建模方法，這種建模方法以系統(tǒng)中的每個單元作為建模的坐標體系，剛體的相對位置作為一個公共參考。工業(yè)機器人系統(tǒng)建模過程中剛體坐標的基點的笛卡爾坐標為坐標系的方位坐標，然后根據(jù)動力學原理系統(tǒng)數(shù)學模型進行求解。笛卡爾方法中單個物體位置的坐標系中，二維有三個；三維有六個。由N個剛體組成的系統(tǒng)中，位置坐標陣個數(shù)為3N或者6N，因此其系統(tǒng)的動力學模型表達形式為：Aq ̈+ΦTqλ=B，且∅(q，t)=0。∅表示位置的坐標，q表示約束方程，B則表示約束方程的雅克比矩陣。2.2工業(yè)機器人多剛體系統(tǒng)動力學分析。工業(yè)機器人的多剛體系統(tǒng)動力學分析和仿真，是在不考慮到各種傳動部件的情況下實施的對數(shù)字化仿真分析，其基本的流程為如圖1所示。圖1多剛體動力學仿真流程其中建設(shè)虛擬樣模型的方式很多，可以直接在Adams中建立，也可以通過其他的軟件建模之后導入到adams環(huán)境之中。工業(yè)機器人的模型建立會多次采用模型分析方式，在具體的仿真過程中必須對cosmoswork進行環(huán)境網(wǎng)格劃分和導入。注意在模型建立的時候應(yīng)做好相應(yīng)的改進工作，如前臂后臂焊接，可以有效減少adams中固定的約束，將電機安裝、電機、支架以及導軌建模時，模型采用碳鋼材質(zhì)，其質(zhì)量和電機的實際質(zhì)量相符，以此確保仿真結(jié)果的正確性。將導軌、電機安裝、電機和回轉(zhuǎn)支架模型建立的時候，需去掉零件中不必要的圓角和倒角，以此來簡化模型，方便在ansys中劃分網(wǎng)格。

3工業(yè)機器人的多剛體動力學仿真

3.1設(shè)置重力加速度。工業(yè)機器人在仿真的時候，需考慮到其主要的載荷為貨物重量，而機器人的自身重量可以忽略，必須通過添加相應(yīng)的重力加速度，才能夠?qū)崿F(xiàn)動力系統(tǒng)運作。若將重力的加速度設(shè)為9.8m/s2，設(shè)置好重力加速度之后，將質(zhì)量mass和質(zhì)量慣性的力矩加入到部件之中[4]。3.2添加約束。當工業(yè)機器人的多個剛體動力學系統(tǒng)設(shè)置時，導入adams之后模型應(yīng)添加相應(yīng)的約束條件，重新添加約束條件之后，工業(yè)機器人的部件之間的約束主要由旋轉(zhuǎn)副、移動副。工業(yè)機器人的底座和銷軸也應(yīng)添加固定副，以便于維持工業(yè)機器人的長期穩(wěn)定運行。工業(yè)機器人的多剛體動力學仿真模型構(gòu)建的時候，添加約束條件，主要有固定鉸、旋轉(zhuǎn)副以及平移副等約束。3.3材料的屬性設(shè)置。導入模塊之后對于各個部件的材料屬性必須設(shè)置，同時也應(yīng)加入到模型之中。一般的工業(yè)機器人的材料屬性為鋁合金，工業(yè)機器人的搖桿、前臂、后臂以及下臂的材料一致。工業(yè)機器人操作的貨物材料也基本上為鋁合金，因此貨物的質(zhì)量的控制恰好在50kg，其他的部件材料為Q235A。3.4摩擦力添加。工業(yè)機器人的各個部件之間存在著摩擦力，為了有效確保仿真，必須添加一定的摩擦力。通過摩擦力添加平衡系統(tǒng)的穩(wěn)定，運動副添加摩擦力為工業(yè)機器人的運轉(zhuǎn)提供支持。一般，工業(yè)機器人的旋轉(zhuǎn)副添加摩擦力的系數(shù)為0.01。工業(yè)機器人添加摩擦力為了保證工業(yè)機器人在實際運行的過程中仿真更加真實，營造出機器人的實際運行環(huán)境。3.5添加驅(qū)動運動曲線。工業(yè)機器人具有四個自由度，需要向模型添加四個驅(qū)動，添加驅(qū)動分別選擇回轉(zhuǎn)支架和底座之間的旋轉(zhuǎn)副、豎向驅(qū)動滑塊和回轉(zhuǎn)支架之間的移動副、水平豎向驅(qū)動滑塊和回轉(zhuǎn)支架之間的移動副、抓手和端節(jié)之間的旋轉(zhuǎn)副。豎向驅(qū)動滑塊、回轉(zhuǎn)支架、水平驅(qū)動滑塊和抓手的運動曲線，需要將運動曲線添加到驅(qū)動中，運動曲線包括位移曲線、速度曲線和加速度曲線，這里選擇位移曲線。將四個位移曲線保存為txt格式，通過CUB⁃SPL函數(shù)將位移曲線添加中驅(qū)動中。通過仿真得到的位移曲線的仿真時間為1.4s，采樣時間為0.01s在中的仿真時間也應(yīng)設(shè)為1.4s，采樣時間設(shè)為0.01s。對于豎向驅(qū)動力矩，在t=0時刻，由于機械臂、貨物、連桿等部件的重量的存在，要保證重量平衡，所以有一個不小的力作用在豎向驅(qū)動滑塊上，豎向滑塊驅(qū)動來曲線與其加速度曲線相似[5]?？紤]到系統(tǒng)的重量，上述兩者的變化規(guī)律略有不同；系統(tǒng)的運動曲線與豎向驅(qū)動力曲線相似，在初始階段，在工業(yè)機器人的水平運行方向上也有一個水平驅(qū)動力，當作用到驅(qū)動滑塊上時，水平滑塊驅(qū)動力變化規(guī)律與其加速度變化規(guī)律也相似。

4結(jié)束語

目前和國外的機器人技術(shù)還有一定的差距，但相信經(jīng)過我們長時間的發(fā)展和努力我國的機器人技術(shù)必然會出現(xiàn)技術(shù)突破，在世界機器人行業(yè)贏得一席之地。工業(yè)機器人技術(shù)為工業(yè)生產(chǎn)提供了重要的產(chǎn)品質(zhì)量控制保障，為企業(yè)增產(chǎn)提供重要支持，對于有效提高工人的工作效率和生產(chǎn)量具有十分重要的意義。綜上所述，我們必須大力發(fā)展工業(yè)機器人技術(shù)，為我國的工業(yè)生產(chǎn)和國力提升有著十分重要的作用。未來的工業(yè)機器人的前景大好，隨著計算技術(shù)的日益成熟，實現(xiàn)工業(yè)機器人技術(shù)水平飛躍將不再是夢。

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[5]郭付龍.SolidWorks在工業(yè)機器人基礎(chǔ)教學中的應(yīng)用[J].科技與創(chuàng)新,2017(22):154-155.

作者:聶波 單位:咸寧職業(yè)技術(shù)學院