國內(nèi)外機(jī)械臂發(fā)展概況文獻(xiàn)綜述機(jī)械臂的第一次問世是在美國的。1958年,美國的中國聯(lián)合機(jī)械控制公司成功研制生產(chǎn)出了第一臺工業(yè)機(jī)械手,它的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計是十分簡單的,就是一個手部具有控制回轉(zhuǎn)傳動功能的小型工業(yè)機(jī)械手臂,手部上還具有一個可以抓取手的機(jī)構(gòu),機(jī)構(gòu)上的控制傳動系統(tǒng)也可以是非常簡要的示范和教型。截至到2021年的最新數(shù)據(jù)表明,日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最高速,應(yīng)用最廣泛的國家。但是,目前大部分的家用機(jī)械手機(jī)絕大部分還只是屬于最初始的那一部分,主要式通過微機(jī)依靠人工智能去對它進(jìn)行自動控制和管理使用;它的控制驅(qū)動方式為微機(jī)開環(huán)自動控制,并且還沒有完全識別和控制選擇手的能力;所以我們?nèi)匀豢梢詫λM(jìn)行一些改進(jìn),改進(jìn)的技術(shù)方向和工作目的主要上都是為了降低控制成本減少損耗和從而提高控制精度。第二代智能機(jī)械手臂已具備微型數(shù)控電子機(jī)和計算機(jī)智能控制運動系統(tǒng),具有多種視覺,觸覺綜合能力,甚至具有思考和創(chuàng)造想象的綜合能力。通過分別使用不同的視覺傳感器,把不同感覺器收到的各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行實時反饋,使得的機(jī)械手手臂具有容易感覺到的機(jī)能。第三代自動機(jī)械臂則改為能獨立地自動完成各種工作處理過程和其中的各種任務(wù)。智能機(jī)械臂的產(chǎn)業(yè)發(fā)展道路是漫長的,現(xiàn)在的發(fā)展趨勢仍然是用工業(yè)智能化技術(shù)代替非工業(yè)智能化,減少企業(yè)人力資源的大量浪費,提高工業(yè)機(jī)械化和工業(yè)自動化的準(zhǔn)確型和實時反應(yīng)速度,現(xiàn)在的工業(yè)國家經(jīng)濟(jì)政策的改革傾向性和發(fā)展趨勢將促使其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的未來前景很大,發(fā)展中的實體工業(yè)經(jīng)濟(jì)仍然是我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的一個核心組成要素,所以在國內(nèi)的技術(shù)研究領(lǐng)域是非常具有十分主要重大意義的,"2020年全球及中國機(jī)械臂行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景預(yù)測分析報告"[1]一文指出,目前的智能工業(yè)機(jī)械臂的主要定義特點為"其內(nèi)部操作系統(tǒng)全部是自動控制的,可以對重復(fù)進(jìn)行編程、多工種用途,并且它可以對4個以上的傳動軸部件進(jìn)行重復(fù)編程自動操控。它的擺放是沒有限制的?？稍诓煌沫h(huán)境條件下分別使用"。操作者的手臂又被明確定義地稱為"手臂是一種幫助使用者的工具,其結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)基礎(chǔ)由一系列相互連接或者者說是由相對平行滑動的機(jī)械構(gòu)件所連接組成。通過不同的周圍環(huán)境的移動適應(yīng)度來選擇移動自由度，用以抓取快速移動的物體。圖示1-1[2]是安徽理工大學(xué)李海龍和欒振輝設(shè)計的一款六軸機(jī)械臂，一共是由10個結(jié)構(gòu)組成的，圖中１為電機(jī)安裝孔，２為電機(jī)安裝機(jī)座，３為電機(jī)軸出口，４為減速器安裝孔，５為馬達(dá)剎車柱，６為馬達(dá)剎車主體，７為剎車柱通孔，８為齒輪箱，９為J1軸，10為底座。關(guān)節(jié)１在電機(jī)安裝孔１內(nèi)部配備有一個大電機(jī)，電機(jī)通過安裝在減速器安裝孔４內(nèi)部的減速器進(jìn)行初步減速之后驅(qū)動Ｊ１軸９做圍繞軸線的旋轉(zhuǎn)運動，這就要求控制系統(tǒng)控制電機(jī)與J1軸的轉(zhuǎn)動，從而消除反作用力，使六軸機(jī)械臂運行平穩(wěn)，實現(xiàn)精確定位。圖1-1六軸機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)圖1-1六軸機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)圖1-2所示[3]下圖是云南大學(xué)田野和楊軍所設(shè)計繪制的六軸工業(yè)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)模型,六軸工業(yè)機(jī)械臂由六個縱向轉(zhuǎn)動副連桿構(gòu)成,機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的高度分布設(shè)計方式主要是通過參考國內(nèi)現(xiàn)有成熟的六軸工業(yè)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)圖紙模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計,第一和四部分的六個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)分別是高度垂直于整個地面的旋轉(zhuǎn)軸,第二、第三和第五節(jié)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)都分別為高度平行于整個地面的旋轉(zhuǎn)軸,第四和第六節(jié)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)分別為與轉(zhuǎn)動連桿旋轉(zhuǎn)方向高度平行的旋轉(zhuǎn)軸,基本和當(dāng)前最前沿的制造方法是一致的。圖1-2六軸機(jī)械臂的簡要結(jié)構(gòu)圖1-2六軸機(jī)械臂的簡要結(jié)構(gòu)機(jī)械臂的設(shè)計一般是D-H法和建模共同作用，紹興文理學(xué)院的馬宗家，石松泉設(shè)計的六自由度機(jī)械臂的建模與MATLAB仿真充分的體現(xiàn)了D-H法的重要之處，圖1-3[7]分別是實物圖和D-H法制作的設(shè)計坐標(biāo)，設(shè)計是基于機(jī)械臂的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建立的十分具有代表性。圖1-4實物圖和D-H制圖法安徽科技學(xué)院戴鴻濱本文提出了通過對各種焊接運動變位機(jī)整體運動位置規(guī)劃的總體任務(wù)關(guān)系進(jìn)行數(shù)學(xué)分解[10]建立一種旋轉(zhuǎn)型和傾斜型式的焊接運動變向定位機(jī)可以使各個待連接焊點整體處于最佳方向焊接運動位置的總體數(shù)學(xué)運動模型。由此,可以將其擴(kuò)展到電弧焊焊接機(jī)器人的實際工作應(yīng)用空間,并對電弧焊接的各種路徑運動進(jìn)行了詳細(xì)的焊接運動趨勢分析,編寫相對應(yīng)的求解程序,對空間路徑進(jìn)行模擬仿真,為弧焊機(jī)器人工作協(xié)調(diào)運動規(guī)劃提供了思路。由上下文的圖1-4可知[11]在美國,機(jī)械臂主要傳動結(jié)構(gòu)部分是由動力型的前雙臂自動旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和前、下兩臂旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接組成。關(guān)節(jié)型相互運動平衡機(jī)器人以運動手和腕及臂部各兩個具有相鄰運動關(guān)節(jié)的零部件的相互運動應(yīng)對時的角度和方向位移來作為運動身體進(jìn)行運動時的基本坐標(biāo)。動作靈活,所需的空間占地和工作活動空間小,工作時的活動空間范圍大,能在狹窄的占工作活動空間內(nèi)輕松松地饒過各種重重困難障礙物。臂部由兩個同時帶有縱向轉(zhuǎn)動副和一個同時帶有橫向移動臂的副兩個部分連接組成。產(chǎn)生沿著軸是繞沿著手臂內(nèi)部關(guān)節(jié)關(guān)鍵軸×的一個方向直線軸的方向進(jìn)行移動,繞沿著手臂內(nèi)部基座軸和關(guān)節(jié)關(guān)鍵軸x的x和方向y的一個直線方向轉(zhuǎn)動和軸的產(chǎn)生都是繞沿著手臂基座關(guān)節(jié)軸和基座關(guān)鍵軸z的一個直線方向擺動。圖1-3國外機(jī)械臂的基本結(jié)構(gòu)圖1-3國外機(jī)械臂的基本結(jié)構(gòu)南京林業(yè)大學(xué)焦恩璋曾利用ADAMS軟件建立弧焊機(jī)器人系統(tǒng)模型[12]。ADAMS是機(jī)械靜力學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)中常用來仿真的軟件。作者以位置和速度作為約束條件，規(guī)劃六軸弧焊機(jī)器人和變位機(jī)的運動，并通過其運動路徑建立樣條函數(shù)模型，再以樣條函數(shù)模型作為仿真時機(jī)器人末端位置及姿態(tài)的驅(qū)動函數(shù)，實現(xiàn)了弧焊機(jī)器人與變位機(jī)協(xié)調(diào)運動的過程仿真。ChoK教授基于通用六軸弧焊機(jī)器人和變位機(jī)實現(xiàn)二者的協(xié)調(diào)控制[15]，實現(xiàn)連續(xù)焊接，有以下優(yōu)點：（1）有利于實現(xiàn)最佳位置的焊接過程，提高焊接產(chǎn)品質(zhì)量。六軸機(jī)器人與變位機(jī)協(xié)調(diào)控制，使得六軸機(jī)器人末端與焊縫的相對運動勻速，有利于焊接的順利完成。參考文獻(xiàn)2019年全球及中國機(jī)械臂行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景預(yù)測分析報告[D]，中國科學(xué)研究院，2019.12.31李海龍.六軸工業(yè)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計與軌跡規(guī)劃[D].安徽理工大學(xué),2018.．田野.基于Arduino的六軸機(jī)械臂的設(shè)計與實現(xiàn)[D].云南大學(xué),2019.李子耀,曾智源,蔡成鋼,李增峰,鄺禹聰.基于LabVIEW的教學(xué)型六軸機(jī)械臂設(shè)計[J].機(jī)電工程技術(shù),2016,45(11):76-79.張澤輝.六軸機(jī)械臂運動仿真平臺設(shè)計與研究[D].西安電子科技大學(xué),2017王彥璋.基于MATLAB/ＲoboticsToolbox的六自由度機(jī)械臂仿真[J].隴東學(xué)院學(xué)報,2016,27(5):22－26馬宗家,石松泉.六自由度機(jī)械臂的建模與MATLAB仿真[J].紹興文理學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)），2019,39(02):50-54.樊丁,周萬坤,譚偉明.Two-modeintelligentcoordinatingcontrolofpositionfortheweldingpositioner[J].ChinaWelding,1998(1):50-55.王洪濤．面向行星表面探測的蛇形機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2015．史召峰,陳周五,基于ＲoboticsToolbox的6Ｒ型機(jī)械臂運動學(xué)仿真及分析[J].安徽科技學(xué)院學(xué)報，2016，30(3):60－66．WangYQ,YuXP.ResearchfortheRobotPathPlanningControlStrategyBasedontheImmuneParticleSwarmOptimizationAlgorithm[C]//SecondInternationalConferenceonIntelligentSystemDesign&EngineeringApplication.2012.焦恩璋,陳美宏.弧焊機(jī)器人與數(shù)控變位機(jī)協(xié)同作業(yè)規(guī)劃[J].電焊機(jī),2009,39(12)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