机器人大作业

1、irb1600型机器人的运动学分析及仿真 目录1.引言- 2 -1.1 abb公司简介- 3 -1.2abb发展历史- 4 -2. irb1600- 5 -2.1 irb1600的资料- 6 -2.2建立基于d-h方法的连杆坐标系- 8 -2.3建立六自由度点焊机器人的运动学方程- 10 -3. 虚拟样机的建立- 12 -3.1 导入- 12 -3.2 添加约束副- 13 -3.3 基于adams的机器人运动学仿真- 14 -4. 结语- 18 -5. 参考资料- 19 - 18 - 1.引言通过这学期对机器人技术基础这门课的学习，我对工业机器人有了一定的了解。工业机器人是面向工业领域的多关节

2、机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。工业机器人最显著的特点有以下几个：(1)可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。(2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物

3、传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。(3)通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。(4)工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的

4、发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。对此我对abb公司的irb1600型工业机器人进行了初步分析。1.1 abb公司简介abb集团位列全球500强企业，集团总部位于瑞士苏黎世。abb由两个历史100多年的国际性企业瑞典的阿西亚公司（asea）和瑞士的布朗勃法瑞公司（bbc brown boveri）在1988年合并而成。两公司分别成立于1883年和1891年。abb是电力和自动化技术领域的领导厂商。abb的技术可以帮助电力、公共事业和工业客户提高业绩，同时降低对环境的不良影响。abb集团业务遍布全球100多个国家，拥有13万名员

5、工，2010年销售额高达320亿美元。abb发明、制造了众多产品和技术，其中包括全球第一套三相输电系统、世界上第一台自冷式变压器、高压直流输电技术和第一台电动工业机器人，并率先将它们投入商业应用。abb拥有广泛的产品线，包括全系列电力变压器和配电变压器，高、中、低压开关柜产品，交流和直流输配电系统，电力自动化系统，各种测量设备和传感器，实时控制和优化系统，机器人软硬件和仿真系统，高效节能的电机和传动系统，电力质量、转换和同步系统，保护电力系统安全的熔断和开关设备。这些产品已广泛应用于工业、商业、电力和公共事业中。abb集团位列全球500强企业（2008年在世界500强排列第256位，2009年

6、位列第230位，2010年位列第237位），2009至2011年销售额都高达320亿美元。并在苏黎世、斯德哥尔摩和纽约证券交易所上市交易。abb是全球领先的工业机器人供应商，提供机器人产品，模块化制造单元及服务。我们致力于帮助客户提高生产效率、改善产品质量、提升安全水平。abb在世界范围内安装了超过20万台机器人，同时提供机器人软件、外设、模块化制造单元及相关服务,产品广泛应用于弧焊、点焊、搬运、装配、喷涂、精加工、拾料、包装、堆垛、.abb与中国的关系可以追溯到上个世纪初，1907年abb向中国提供了第一台蒸汽锅炉。从此，abb公司与中国的贸易关系有了长足的发展。1974年abb在香港设立了

7、中国业务部，随后又于1979年在北京设立了其永久性办事处。1994年abb果断地将abb中国总部迁至北京。并在1995年正式成立了abb（中国）有限公司。abb迄今在中国拥有18000名员工，在80个不同城市服务于34个本地企业和近40个销售与服务分公司。2010年，abb在中国的销售额达44亿美元，继续保持了中国作为abb全球第一大市场的领先地位。abb高度重视吸引、培养和保留人才，积极承担社会责任，是广受尊重的最佳雇主之一。目前，中国已经成为abb全球第一大市场。2003年，abb在财富、雅虎等媒体联合进行的调查中被评为中国10佳“卓越雇主”。2006年初，abb在中国前程无忧网站组织的调

8、查中，被大学生们评为最受欢迎的雇主之一。abb还在2006年初将其全球机器人业务总部移至中国上海。如今，abb公司在中国38个主要城市设有销售办事处、拥有34个独资和合资企业。在中国的员工总数达到18,000人。1.2abb发展历史1987年8月，瑞典västerås的asea ab公司与瑞士baden的bbc brown boveri宣布了将要合作成立abb asea brown boveri有限公司的消息，公司总部将设在瑞士的苏黎世，原先的两家公司各自拥有50%的股份。1988年1月5日合并后的新公司开始营业，在营业的第一年中，公司共收购了15家公司，

9、其中包括瑞典的环保监控公司fläkt ab公司，意大利的合作公司sadelmi/cogepi公司，丹麦的铁路产品制造公司scandia-randers a/s公司。1989年12月，abb公司最终收购了负责全球能源传输的美国westinghouse电力公司。同样是在12月，abb公司宣布已经达成了购买康涅尼格洲负责热工业业务的stamford集团公司的协议。在1989年中，abb公司共买下了大约40多家其他公司。1990年，abb公司开始雄心勃勃地将业务范围扩展到了中欧和东欧地区，并准备将业务范围扩展到亚洲地区，而在美国和西欧地区的收购活动逐渐减慢，转而从事合并和重组的活动。

10、1991年，在中欧和东欧地区继续进行投资，到这一年底，abb公司在那些地区的雇员大约有10000名。越来越广泛的重组活动是为了满足在北美和欧洲的部分地区经济衰退的需要。这一年，abb公司在研究和发展上面的投资增加了20%。1992年，公司裁员的速度继续加快，雇员人数减少了14000名，在中欧和东欧地区的雇员人数增加到了20000名，分布在30多家分公司。在亚洲，通过联合风险投资、收购、greenfield投资的方式开设了20多家分公司和服务部门。1993年，abb公司继续执行在欧洲（包括前苏联）、美洲和亚太地区开拓业务的策略。abb公司开发的gt24/gt26煤气涡轮技术在全球开拓了高能低消耗

11、的新型涡轮技术的市场。1994 年，abb公司为了更大的产量和利润开始了为期两年的巩固阶段。在西欧和北美地区，需要开发更广阔的身材促使公司不断开设下属部门，公司的主要精力放在了迅速发展服务内容和开发新型产品上面。在亚洲，abb公司拥有30000名员工，100多家生产、工程、服务以及生产开发中心。1995 年，abb公司继续通过国内业务的扩大、收购其他公司和风险投资来扩展在亚洲、中欧和东欧地区的业务活动。abb公司还宣布与德国的daimler- benz ag公司进行联合风险投资，双方各占50%。1996年1月1日，abb公司当选为欧洲技术和管理最先进的公司。1997年， abb公司宣布加速发展

12、在亚洲地区的业务以提高在西欧的业务活动，abb公司减少了西欧和美洲的10000工作机会，在最后一个季度花费8500万美元来进行重组。abb公司同industri kapital签署了一个协议，在瑞典和德国进行电线杆和电线的业务活动。1998年2月25日，abb公司开设了世界上第一家高压发电厂。1998年6月17日，abb公司收购了alfa laval自动化公司。1998年8月12日，abb公司为了适应市场发展潮流重组了公司的商业部门。1998年10月14日，abb公司收购了elsag bailey公司的全部股份，目的是为了促进自动化工业的发展。1999年1月21日，abb公司收购了美国与能源产

13、业有关的一些金融服务公司。1999年2月4日，abb公司和alstom公司联合成为世界上能源发电的具有指导地位的公司。1999年12月29日，abb公司将负责核工业的部门出售给了bnfl公司。2000年3月16日，abb公司举办了第一届年度会议。2000年3月27日，abb公司与投资者及合作者开辟了b-b电子的商务活动来促进欧洲的业务发展。2000年5月2日，abb公司出售核工业部门给bnfl公司的活动停止。2000年5月11日，abb公司将股份出售给alstom能源公司的活动结束。2000年6月8日，abb公司意识到在可更新能源业务活动发展上可以获得十亿多美元的利润。2000年9月12日，a

14、bb公司为中国石油化工集团公司投资了1亿美元。2000年10月5日，abb公司与美国的合作者开始联合风险投资，开始从事信息技术产业。2000年10月25日，abb公司在复合环境业务方面获得了巨大了成就。2000年10月30日，abb公司与俄罗斯现代炼油公司签署了2亿美元的协议。2000年11月30日，abb公司在新加坡开设了信息技术与自动化研究中心。2000年12月1日，abb公司与朝鲜签署了合作的协议。2000年12月14日，abb公司在美国清洁燃料的业务获得了一亿六千万美元的利润。2. irb1600主要应用领域：弧焊、装配、压铸、注塑、机械管理、物料搬运、包装全能冠军：irb 1600动

15、作敏捷，功率强劲，且具备后翻转功能，是满足专业市场需求的不二选择。irb 1600经成本优化设计，在弧焊、压铸、机械管理、物料搬运、注塑、装配、包装等应用领域，均有出类拔萃的表现。作为柔性自动化的一个全能机型，irb 1600在各种应用场合中都极富竞争力。功率强大，物尽其用：irb 1600的有效荷重可选择6 kg或8 kg（无手腕时最高可达12 kg），是同级别机器人中功率最强大的一款产品，真正实现物尽其用。2.1 irb1600的资料 2.2建立基于d-h方法的连杆坐标系为了描述机械臂的每个连杆与相邻连杆之间的相对位置关系，需要在每个连杆上定义一个固连的坐标系。机器人运动学分析常用的方法是

16、dh 参数法，是由denavit 和hartenberg 于1955 年提出的一种为关节链中每一杆件建立附加坐标系的矩阵方法， 是用齐次坐标来描述机器人各连杆相对于参考坐标系的空间几何关系， 用4×4的齐次变换矩阵来描述相邻两连杆i 和i1 的空间几何关系， 从而推导出机器人手爪坐标系相对于参考坐标系的空间位姿关系。本文分析的六自由度工业机器人由基座、腰转部件、大臂、小臂和腕部组成， 具有6 个转动自由度。首先，为各连杆和关节编号，其方法为：基座为连杆 0，从基座起依次向上为连杆1、连杆 2、；关节 i 连接连杆 i-1 和 i，然后，建立与连杆固连的坐标系o ix iy izi ，

17、如图 图4 连杆坐标系及 d-h参数基于 d-h 方法的连杆参数定义如下：连杆长度ai定义为：沿xi 轴，从zi移动到zi+1的距离。连杆转角i定义为：沿xi 轴，从zi旋转到zi+1的角度。关节偏距di定义为：沿zi轴，从xi-1移动到xi的距离。关节转角i定义为：沿zi轴，从xi-1旋转到xi的距离。上述四个参数即为d-h 参数，又常被称为机械臂的运动参数或几何参数。根据dh 坐标系的规则和各杆件参数的求取规则，建立了机器人处于零点位置时的连杆坐标系， 如图2.2a所示：图2.2a表1 d-h表其中代表连杆i1 的长度；为连杆转角；是沿关节i 轴线两个公垂线的距离， 称为偏距；是垂直于关节

18、i 轴线的平面内两个公垂线的夹角， 称为扭角。2.3建立六自由度点焊机器人的运动学方程机器人各连杆间齐次变换矩阵为式根据公式和关节参数， 即可得相邻连杆的变换矩阵： 将各连杆变换矩阵相乘， 便得到该六自由度机器人末端执行器到基础坐标的转换矩阵其中： nx=c1c23(c4c5c6-s4s6)-s23s5c6+s1(s4c5c6+c4s6)ny = s1c23(c4c5c6-s4s6) - s23s5c6-c1(s4c5c6+c4s6)nz = - s23(c4c5c6-s4s6) - c23s5c6ox = c1c23(-c4c5c6-s4s6) + s23s5c6+s1(c4c6 - s4c

19、5s6)oy= s1c23(-c4c5s6-s4c6) + s23s5s6-c1(c4c6 - s4c5s6)oz = - s23(-c4c5c6-s4s6) + c23s5c6ax = - c1(c23c4s5+s23c5) - s1s4c5ay = - s1(c23c4s5+s23c5) + c1s4s5az =s23c4s5 - c23c5px = c1a2c2 + a2c23 - d4 s23 - d3s1py = s1a2c2 + a2c23 - d4 s23 + d3c1pz = -a3s23 - a2s2 - d4c23以上为机械臂的正运动学问题，指已知各个关节的角度i ，求机械

20、臂末端的位置和姿态，即求出齐次变换矩阵。同理，可以由矩阵的逆来得到逆运动学问题，即由机械臂末端的位置和姿态，得到各个关节的角度。3. 虚拟样机的建立3.1 导入从abb公司的官网上下载irb1600的cad模型，然后打开adams，将该模型导入,并且改变各关节的颜色。如图3.1a所示：图3.1a 几何模型图13.2 添加约束副在adams中先将机器人的底座和大地固连起来，然后对各关节依次添加约束副，每添加一个约束副都对该约束副进行检测，即对其添加初始条件后进行仿真运行，以便观察该约束副是否有错。如图3.2b与图3.2c所示。图3.2b 图3.2c3.3 基于adams的机器人运动学仿真根据作业规划要求，给机器人irb1600的每个关节写入驱动函数。本文针对joint_4、joint_6和joint_7进行研究，具体过程如下