puma机器人的工作空间分析及运动仿真(附件)
本课题的研究对象是PUMA机器人，具体型号是PUMA560机器人，研究的目的是完成对其工作空间的研究之后对其进行运动仿真。首先是要绘制出机器人的三维图形，之后在软件环境内完成对其工作空间即所有运动轨迹的绘制，之后在软件中对其添加驱动使其能够发生运动从而仿真研究。对整个操作的环境选择为软件SolidWorks，因为该软件具有本课题研究的所有方面所以选定软件为该软件。此外对于整个机器人的仿真研究需要对其末端执行元件有各方面的分析从而以做到完整和完备。经过以上步骤就可以完成本课题，最后得出相关结论。关键词 PUMA机器人，工作空间分析，运动仿真
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 研究的目的和意义 3
1.4 研究的主要内容 3
2 三维模型建立 4
2.1 软件环境介绍 4
2.2 零件绘制 4
2.3 PUMA560机器人装配 9
3 工作空间分析 10
3.1 工作空间分析研究方法 10
3.2 工作空间分析准备 10
3.3 进行工作空间分析 11
3.4 工作空间分析总结 13
4 运动仿真 14
4.1 运动仿真研究方法 14
4.2 开始运动仿真 14
4.3 运动仿真分析 19
4.4 运动仿真总结 25
结论 26
致谢 27
参考文献 28
1 引言
1．1 研究背景
自从发明以来机器人已经逐步深入我们的生产生活中，在各行各业中都有它们分身影，同时它们也不断发挥着难以取代的作用。随着技术的不断革新以及不同领域生产的需要，各行业机器人的功能性得到了不断加强，为了应对生产的需要，技术人员不断探索开发出了不同机器人的主要功能。在众多机器人中工业机器人得到的应用最多且最广，同时经过大量开发与应用工业机器人也日渐成熟，已经可以在生产中将机器人的作用最大化。增加产量，缩短生产时间，减轻劳动负担。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
从上世纪50年代开始工业机器人的发展进入历史舞台。世界上第一台工业机器人被命名为“Unimate”是由美国人乔治德沃尔和约瑟英格柏格在1959年发明的，其名字愿意意为“万能自动”，采用液压执行机构驱动，功能与人手臂的功能相似。自1961年开始，美国通用汽车公司将Unimate机器人投入使用，自此工业机器人与工厂生产得以结合。
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图1.1 Unimate机器人
工业机器人大致可分为三代。第一代工业机器人是示教型机器人采用示教再现技术，只能够通过预装程序来完成动作，需要程序的控制否则不能运动，而且因为其不能通过传感器获得反馈信息，所以在工作过程中不能从外界获取信息来改善自身运动的结果。同时第一代工业机器人也是目前工业生产中最常见的。
第二代工业机器人是具有环境感知传感器的感觉型机器人，可以运用反馈信息来调整运动使得运动更准确，此类机器人已经在工业生产中处于应用阶段。
第三代工业机器人就是是智能机器人，可以使用多种传感器感知周围环境的同时利用智能技术来对自己的运动进行决策，即时工作环境发生改变依然能完成制定好的任务，是最为高级的机器人，目前只能算是处于试验阶段距离投入工业生产尚需较长时间。
1．2 国内外研究现状
随着工业机器人的不断发展，国内外对于工业机器人的研究分析也在与时俱进。对于工业机器人工作空间及对工业机器人的轨迹规划方面，众多学者都进行了研究。工业机器人的运动特点是机器人的运动是通过关节角度改变来实现的，由此决定了对于工业机器人的工作空间分析即轨迹规划进行研究，就是要对机器人的各个关节角度进行约束来达到研究目的。国内研究者如叶伯生，沈雅琼提出了在笛卡尔空间坐标条件下的空间分析法。此方法解决了机器人姿态调整产生角度转变过大的问题。同时国外研究者也对机器人的姿态插补进行了相应研究。
在机器人仿真模拟方面，国内外都致力于计算机仿真软件的开发与使用，因为软件系统开发周期长花费大的特点，让我国与国际差距逐步拉大。在很早以前国外就已经注意到了仿真软件开发的重要性，同时国外研究人员也一直领先，如Peter Corke等开发的仿真软件包Robotics Toolbox应用于matlab软件，因为该软件的多效性目前是使用最为广泛的仿真工具。此外如美国通用电器公司开发的SDRC软件系统，以及美国密西根大学研究成功的ADAMS软件包等都在仿真软件中占有重要地位。反观国内由于起步晚我们大多都是使用国外公司开发的软件系统，目前众多国内高校与研究所对于仿真软件的开发研究已经着手准备，如上海交通大学机器人研究所的俞文伟和邓建一等共同研究的机器人图形仿真软件ROSIDY，清华大学的崔培莲和孙增圻研究成功的微机机器人仿真系统PCROBSM，其余如华中科技大学，国防科技大学等也进行了研究与开发。但它们这些的软件主要只是为了某一种机器人开发，而另外的一些软件只能在工作站上运行存在明显缺点，不能达到普遍适用的目标。
自2000年以来随着计算机技术的不断进步，现如今的发展趋势是运用计算机进行三维可视化构造，此做法的优点是可以更加真实直观的观察机器人形体。因此众多的三维仿真软件得到了开发与运用，如BYG公司开发的三维仿真软件包Grasp2000。而且机器人制造公司也开始为自己生产的机器人开发独家适用的仿真系统,其中最注明的就是KUKA公司自行研制的软件包KUKA Sim Layout,这些量体裁衣的系统软件可以大大节省机器人开发成本。此外其他IT业巨头也再开发自己的软件程序，如微软公司在2006年发布的Microsoft Robotics Developer Studio仿真研究环境，可以在微软仿真平台中对机器人进行仿真，因为软件特性有更好的兼容性，未来也会对机器人仿真研究起到更大的作用。
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 研究的目的和意义 3
1.4 研究的主要内容 3
2 三维模型建立 4
2.1 软件环境介绍 4
2.2 零件绘制 4
2.3 PUMA560机器人装配 9
3 工作空间分析 10
3.1 工作空间分析研究方法 10
3.2 工作空间分析准备 10
3.3 进行工作空间分析 11
3.4 工作空间分析总结 13
4 运动仿真 14
4.1 运动仿真研究方法 14
4.2 开始运动仿真 14
4.3 运动仿真分析 19
4.4 运动仿真总结 25
结论 26
致谢 27
参考文献 28
1 引言
1．1 研究背景
自从发明以来机器人已经逐步深入我们的生产生活中，在各行各业中都有它们分身影，同时它们也不断发挥着难以取代的作用。随着技术的不断革新以及不同领域生产的需要，各行业机器人的功能性得到了不断加强，为了应对生产的需要，技术人员不断探索开发出了不同机器人的主要功能。在众多机器人中工业机器人得到的应用最多且最广，同时经过大量开发与应用工业机器人也日渐成熟，已经可以在生产中将机器人的作用最大化。增加产量，缩短生产时间，减轻劳动负担。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
从上世纪50年代开始工业机器人的发展进入历史舞台。世界上第一台工业机器人被命名为“Unimate”是由美国人乔治德沃尔和约瑟英格柏格在1959年发明的，其名字愿意意为“万能自动”，采用液压执行机构驱动，功能与人手臂的功能相似。自1961年开始，美国通用汽车公司将Unimate机器人投入使用，自此工业机器人与工厂生产得以结合。
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图1.1 Unimate机器人
工业机器人大致可分为三代。第一代工业机器人是示教型机器人采用示教再现技术，只能够通过预装程序来完成动作，需要程序的控制否则不能运动，而且因为其不能通过传感器获得反馈信息，所以在工作过程中不能从外界获取信息来改善自身运动的结果。同时第一代工业机器人也是目前工业生产中最常见的。
第二代工业机器人是具有环境感知传感器的感觉型机器人，可以运用反馈信息来调整运动使得运动更准确，此类机器人已经在工业生产中处于应用阶段。
第三代工业机器人就是是智能机器人，可以使用多种传感器感知周围环境的同时利用智能技术来对自己的运动进行决策，即时工作环境发生改变依然能完成制定好的任务，是最为高级的机器人，目前只能算是处于试验阶段距离投入工业生产尚需较长时间。
1．2 国内外研究现状
随着工业机器人的不断发展，国内外对于工业机器人的研究分析也在与时俱进。对于工业机器人工作空间及对工业机器人的轨迹规划方面，众多学者都进行了研究。工业机器人的运动特点是机器人的运动是通过关节角度改变来实现的，由此决定了对于工业机器人的工作空间分析即轨迹规划进行研究，就是要对机器人的各个关节角度进行约束来达到研究目的。国内研究者如叶伯生，沈雅琼提出了在笛卡尔空间坐标条件下的空间分析法。此方法解决了机器人姿态调整产生角度转变过大的问题。同时国外研究者也对机器人的姿态插补进行了相应研究。
在机器人仿真模拟方面，国内外都致力于计算机仿真软件的开发与使用，因为软件系统开发周期长花费大的特点，让我国与国际差距逐步拉大。在很早以前国外就已经注意到了仿真软件开发的重要性，同时国外研究人员也一直领先，如Peter Corke等开发的仿真软件包Robotics Toolbox应用于matlab软件，因为该软件的多效性目前是使用最为广泛的仿真工具。此外如美国通用电器公司开发的SDRC软件系统，以及美国密西根大学研究成功的ADAMS软件包等都在仿真软件中占有重要地位。反观国内由于起步晚我们大多都是使用国外公司开发的软件系统，目前众多国内高校与研究所对于仿真软件的开发研究已经着手准备，如上海交通大学机器人研究所的俞文伟和邓建一等共同研究的机器人图形仿真软件ROSIDY，清华大学的崔培莲和孙增圻研究成功的微机机器人仿真系统PCROBSM，其余如华中科技大学，国防科技大学等也进行了研究与开发。但它们这些的软件主要只是为了某一种机器人开发，而另外的一些软件只能在工作站上运行存在明显缺点，不能达到普遍适用的目标。
自2000年以来随着计算机技术的不断进步，现如今的发展趋势是运用计算机进行三维可视化构造，此做法的优点是可以更加真实直观的观察机器人形体。因此众多的三维仿真软件得到了开发与运用，如BYG公司开发的三维仿真软件包Grasp2000。而且机器人制造公司也开始为自己生产的机器人开发独家适用的仿真系统,其中最注明的就是KUKA公司自行研制的软件包KUKA Sim Layout,这些量体裁衣的系统软件可以大大节省机器人开发成本。此外其他IT业巨头也再开发自己的软件程序，如微软公司在2006年发布的Microsoft Robotics Developer Studio仿真研究环境，可以在微软仿真平台中对机器人进行仿真，因为软件特性有更好的兼容性，未来也会对机器人仿真研究起到更大的作用。
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