【導讀】指導教師姓名、職稱：。完成日期2020年2月28日

　　

【正文】 人在世界的其他地方都沒有考慮機器人（而不是，他們會簡單地認為是“工廠的機器”）。12 因此，該報告的數(shù)字為日本有些夸大。 在工業(yè)機器人的使用增長的一個主要原因是他們正在下降成本。圖 表明，在上世紀 90年代的十年中，機器人的價格下降了雖然人類的勞動成本增加。同時，機器人不只是越來越便宜，他們變得更有效更快，更準確，更靈活的。如果我們的因素這些質量調整成數(shù) ，使用機器人的成本下降甚至比他們的價格標簽更快。在他們的工作機器人變得更具成本效益的，作為人類勞動繼續(xù)變得更加昂貴，越來越多的工業(yè)工作成為機器人自動化的候選人。這是最重要的趨勢推動了工業(yè)機器人的市場增長。第二個趨勢是，除了經濟，隨著機器人變得更能成為他們能夠做的更多以上的任務，可能對人類工人從事危險的或不可能的。工業(yè)機器人執(zhí)行逐步得到更多的應用復雜的，但它仍然是，在 2020 年，大約 78%安裝在美國進行焊接或材料搬運機器人的機器人。 一個更具挑戰(zhàn)性的領域，工業(yè)機器人，占 10%裝置。這本書著重于力學和最重要的形式控制的工業(yè)機器人，機械手。到底什么是工業(yè)機器人是有時辯論。設備，如圖 所示是總是包括在內，而數(shù)控（ NC）銑床通常不。區(qū)別在于的可編程的復雜的地方如果一個設備機械設備可以被編程為執(zhí)行各種應用程序，它可能是一個工業(yè)機器人。這是最機部分有限的一類的任務被認為是固定的自動化。為目的本文的區(qū)別，不需要討論；大多數(shù)材料的基本性質適用于各種可編程機。 總的來說，其力學和控制機械手的研究不是一個新的科學，而只是一個收集的主題從“經典”的領域。機械工程有助于機器學習方法靜態(tài)和動態(tài)的情況下。數(shù)學描述空間供應工具機械手的運 動和其他屬性?？刂评碚撎峁┝斯ぞ咭詫崿F(xiàn)所期望的運動和力的應用評價算法設計。電氣工程技術施加在傳感器的設計電氣工程技術施加在傳感器的設計和工業(yè)機器人接口，與計算機科學的基礎這些設備進行編程以執(zhí)行所需任務。 附圖： 圖 在數(shù)以百萬計的人在美國北部的工業(yè)機器人的出貨量美元 13 圖 年安裝的多用途的工業(yè)機器人 19952020 年和 2020年至 2020 年預測 圖 機器人的價格與上世紀 90 年代的人類勞動成本的比較 14 圖 嫻熟的 6 臂有六個轉動關節(jié)（流行于眾多制造行業(yè)） 力學和機械臂的控制 機器人的研究中，我們不斷的關注對象的位置三維空間。這些對象是機械手的鏈接，零件和工具，它的交易，并在機器人的環(huán)境的其他對象。在一個粗而重要的水平，這些對象是由兩個屬性描述：位置和方向。當然，一個直接感興趣的話題是態(tài)度在我們所代表的這些量和操縱他們的數(shù)學。 為了描述人體在空間中的位置和方向，我們將始終高度坐標系統(tǒng)，或框架，嚴格的對象。然后我們繼 續(xù)相對于一些參考描述該幀的位置和方向坐標系統(tǒng)。任何框架可以作為一15 個參考系統(tǒng)內的表達一個身體的位置和方向，所以我們經常認為轉化或改變身體的這些屬性從一幀到另一個的描述。 2章討論了公約的方法處理與職位描述討論了公約的方法處理與職位描述定位和操縱這些量與數(shù)學不同的坐標系統(tǒng)。發(fā)展良好的技能有關的位置和旋轉的描述甚至在剛體機器人領域是非常有用的。 運動學是科學的運動，對運動不考慮力這導致它。在運動學的科學研究，一個位置，速度，加速度，和所有的高階導數(shù)的位置變量（相對于時間或任何其他變量（ S））。因此，機械手的運動學研 究是指所有的運動的幾何和時間特性。機械手包括近剛性連接，這是由關節(jié)連接允許相鄰鏈接的相對運動。這些節(jié)點通常儀表有位置傳感器，使鄰近的鏈接是相對位置測量。在旋轉或旋轉接頭的情況下，這些位移被稱為關節(jié)角度。一些機器人包含滑動（或棱鏡）連接，其中之間的聯(lián)系相對位移是一個翻譯，有時也被稱為聯(lián)合偏移量。機械手具有數(shù)獨立的位置的變量會被指定為定位該機制的所有部分。這是一個總稱，任何機制。為例如，一個四連桿機構只有一個自由度（即使有三運動的成員）。在典型的工業(yè)機器人的情況下，因為機器人通常是一個開放的運動鏈，因為每個關節(jié) 的位置通常定義一個變量，節(jié)點的數(shù)目等于自由度。 在鏈接組成的機械手的末端執(zhí)行器的自由端鏈。根據(jù)機器人的應用，末端執(zhí)行器可以是一個抓手，焊槍，電磁鐵，或其他裝置。我們一般通過描述工具的框架描述的機械手的位置，這是連接到端部執(zhí)行器，相對于底座，所對移動機械手的基礎。在機械操作的研究一個非?；镜膯栴}就是了運動學。這是計算的位置的靜態(tài)幾何問題機械手的末端定位。具體而言，給定一組關節(jié)角，正向運動學問題是計算位置和方向工具架相對于底座。有時，我們認為這是改變從關節(jié)空間描述為一個機械手位置的表示笛卡爾空間的描述?！斑@個 問題將在 3章探討。在 4章中，我們將考慮的逆運動學問題。這個問題提出了如下：給出了末端執(zhí)行器的位置和方向機械手，計算所有可能的關節(jié)角度，可以用來實現(xiàn)這個給定的位置和方向。（見圖 。）這是一個根本性的問題機械手的實際應用。這是一個相當復雜的幾何問題，常規(guī)的解決在人類和其他生物系統(tǒng)時間每天成千上萬。在一個案例像一個機器人仿真系統(tǒng)，我們需要創(chuàng)建的控制算法計算機可以使這個計算。在某些方面，這個問題的解決方案是在操作系統(tǒng)中最重要的元素。 這是一個相當復雜的幾何問題，常規(guī)的解決在人類和其他生物系統(tǒng)時間每天成千上萬。在 一個案例像一個機器人仿真系統(tǒng)，我們需要創(chuàng)建的控制算法計算機可以使這個計算。在某些方面，這個問題的解決方案是在操作系統(tǒng)中最重要的元素。 我們可以把這個問題作為一個映射在三維笛卡爾的“位置”空間的“位置”在機器人的關節(jié)內的空間。這需要自然會出現(xiàn)每當目標外部三維空間指定的坐標。一些早期的機器人缺乏這種算法，他們只是轉移（有時用手）所需的的位置，然后被記錄為一組共同的值（即，作為一個位置關節(jié)空間）用于以后回放。顯然，如果機器人用純粹的模式記錄和關節(jié)的位置和運動的播放，沒有算法有關的關節(jié)空間的笛卡爾空間是必要的。然而 ，是罕見的工業(yè)機器人，缺乏基本的逆運動學算法。逆運動學問題不是簡單的正向運動學一個。由于運動方程是非線性的，他們的解決方案并不總是容易（甚至可能在一個封閉的形式）。16 同時，對存在的問題解和多解的出現(xiàn)。這些問題的研究提供了一個欣賞什么人的心靈神經系統(tǒng)是實現(xiàn)當我們，似乎沒有有意識的思考，移動和我們的雙臂和雙手操作的對象。一個解的存在或不存在的定義工作區(qū)一個給定的機械手。一個解決方案的缺乏意味著機械手不能達到所需的位置和方向，因為它在機械手的外工作區(qū)。 除了處理靜態(tài)定位問題，我們不妨分析機器人的運動。通常，在執(zhí)行機 構的速度分析，它是方便的定義一個矩陣的數(shù)量稱為機械手的雅可比矩陣 .指定的速度雅可比矩陣在笛卡爾從關節(jié)空間的速度映射空間。（見圖 。）這種映射配置的自然變化機械手的變化。在某些點，稱為奇點，這映射是不使轉化。這一現(xiàn)象的理解是設計師和用戶的重要機械手。 附圖： 圖 坐標系統(tǒng)或“幀”連接到機械手環(huán)境中的物體 17 圖 運動學方程描述刀具架相對于底座作為一個聯(lián)合變量的函數(shù) 18 圖 對于一個給定的位置和方向的工具框架，值為關節(jié)變量 可以通過逆運動學計算 19 圖 聯(lián)合率和速度之間幾何關系端部執(zhí)行器可以在一個矩陣描述了所謂的雅可比矩陣 標識符號 符號一直是科學和工程問題。在這本書中，我們使用以下公約： 第一、 通常，大寫變量表示的向量或矩陣。小寫的變量的標量。 第二、 尾標使用（如被廣泛接受的）指示逆或轉置矩陣。 第三、 尾標不受嚴格的公約，但可能表明向量的組件（例如， X， Y， Z）或可用于 述在 PBO / P 一個螺栓的位置。 第四、 我們將使用許多三角函數(shù)，我們?yōu)橐粋€余弦符號角 E1可以采用下列方式：因 為 E1 = CE1 = C1。 在一般的矢量符號注：許多力學教材處理矢量在一個非常抽象的層次上的數(shù)量和經常使用向量定義相對于在表達不同的坐標系統(tǒng)。最明顯的例子是，除了向量是給定的或已知的相對于不同的參考系。這是通常很方便，導致結構緊湊，有優(yōu)雅的公式。為例如，考慮角速度，在串聯(lián)連接的最后一次身體176。 W4 39。四剛體（如機械手的鏈接）相對的固定座鏈。由于角速度矢量相加，我們可以寫一個非常簡單的向量的最后環(huán)節(jié)的角速度方程： 20 然而，除非這些量是相對于一個共同的坐標表示系統(tǒng)，他們不能總結，所以，雖然優(yōu)雅，方程（ ）隱藏大部分的“工作”的計算。為 研究個案機械手，這樣的陳述，（ ）隱藏簿記的工作坐標系統(tǒng)，這往往是我們需要實踐的想法。因此，在這本書中，我們把符號參考框架向量，我們不要和載體，除非他們在同一坐標系統(tǒng)。在這種方式中，我們推導出的表達式，解決“記賬”問題可直接應用于實際的數(shù)值計算。 總結 機器人是典型的機電一體化裝置，它綜合運用了機械與精密機械、微電子與計算機、自動控制與驅動、傳感器與信息處理以及人工智能等多學科的最新研究成果，隨著經濟的發(fā)展和各行各業(yè)對自動化程度要求的提高，機器人技術得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的機器人產品。機器人產品 的實用化，既解決了許多單靠人力難以解決的實際問題，又促進了工業(yè)自動化的進程。目前，由于機器人的研制和開發(fā)涉及多方面的技術，系統(tǒng)結構復雜，開發(fā)和研制的成本普遍較高，在某種程度上限制了該項技術的廣泛應用，因此，研制經濟型、實用化、高可靠性機器人系統(tǒng)具有廣泛的社會現(xiàn)實意義和經濟價值。在完成機械結構和驅動系統(tǒng)設計的基礎上，對物料抓取機械手運動學和動力學進行了分析。運動學分析是路徑規(guī)劃和軌跡控制的基礎，對操作臂進行了運動學正、逆問題的分析可以完成操作空間位置和速度向驅動空間的映射，采用齊次坐標變換法得到了操作臂末端位 置和姿態(tài)隨關節(jié)夾角之間的變換關系，采用幾何法分析了操作臂的逆向運動學方程求解問題，對控制系統(tǒng)設計提供了理論依據(jù)。機器人動力學是研究物體的運動和作用力之間的關系的科學，研究的目的是為了滿足是實時性控制的需要， 本文用通俗易懂的語言為我們介紹了工業(yè)機器人的相關力學與控制的知識，為我們以后的研究方向指明了道路。機器人的研究是一門非常復雜的學問，為了深入去探究它的方方面面，就需要不斷的去學習，正所謂路漫 漫其修遠兮，吾將上下而求索。