机器人系统仿真及应用

鲁严

摘要：随着改革开放政策不断实施，工业技术已经取得了很大的发展，并且工业技术已经被广泛应用于各个领域之中。机器人作为智能技术发展的重要内容，机器人技术在国内很多的行业均有所应用，随着机器人技术逐渐成熟，其在工业生产中逐渐占据着非常重要的地位。我国的机器人技术起步较晚，目前和国外的机器人技术还有一定的差距，但相信经过我们长时间的发展和努力我国的机器人技术必然会出现技术突破，在世界机器人行业赢得一席之地。计算机技术已经成为了当代技术的发展主流，我们必须加快计算机相关产业和技术的发展研究，努力实现工业机器人技术的创新发展。该文针对工业机器人进行系统分析和仿真研究，为实现工业机器人的技术创新突破提供重要支持。

关键词：工业机器人；系统分析；仿真

引言

随着遥测技术以及虚拟仪器的日趋成熟，智能机器人的发展也越来越完善。目前，机器人的科技水平越来越高，而且也越来越广泛的应用到人们的日常生产和生活当中，因此人们对于智能机器人的要求也越来越高，尤其是其仿真性。从现状来看，在进行智能机器人的仿真系统构建时，仍然存在一些不完善的地方。机器人的仿真仍然是构建数学模型及形式化仿真，而对机器人运动控制的动态和静态特性尚无法准确把握。为了有效改善这一缺陷，本文将对智能机器人的仿真系统设计提出新的思路，以期可以使智能机器人的仿真性能够得到更好的实现。

1.系统构成

仿真系统是由多个部分组成的，其中包括主控制界面、仿真界面、人工控制和智能控制模块及障碍检测系统等部分。而人工控制和智能控制模块是其设计的重点。在系统当中，障碍检测功能是必不可少的一项功能，障碍检测所提供的数据会被作为机器人下一步行动的重要依据。而当人工控制模式运行时，障碍检测功能虽然也会进行，但不会影响机器人的行动，这主要是为了将数据更加清晰的提供给控制者。主控制界面和仿真界面是分开的，这样不但可以更加有利于机器人的控制，也能够使外观更加的美化。

2.Robotics机器人工具包

LabVIEWRobotics是机器人开发的工具包，以LabVIEW为基础。LabVIEWRobotics主要的作用是驱动机器人的执行器与传感器，同时有利于更加复杂的导航。在LabVIEW中，控制算法的设计对于软件开发环境的要求是较低的。仿真系统的驱动程序由红外遥感、激光雷达、GPS系统等内容构成。

一般来说，常见的结构体系为“感知—思考——行动”，LabVIEW的数据流特性适用于机器人设计。在系统当中，传感器可以被看作是其核心部分之一，可以使机器人进行环境的优化设计，进而通过决定性算法，从而控制机器人的行为。LabVIEWRobotics使算法的设计更加简便，例如A*算法，它能使自主系统的设计更加迅速。机器人根据环境作出应对决策，而其动作的开展需要动力系统的配合。LabVIEWRobotics2011中含有电机驱动，这种驱动模块可以直接进行调用，从而使系统整合和驱动程序的开发时间得到节约，最终达到仿真任务。

3.机器人仿真系统的建立

要建立仿真系统，首先要建立一个基于向导的项目roboticsproject，而由开发者控制机器人的工程可以通过这个项目自动生成。同时，windows系统和机器人环境模拟器可作为项目的选择类型。机器人的控制器可通过windows平台平台进行设计，包括PXI系统或笔记本电脑。开发人员要测试算法，必须通过机器人的环境模拟器进行，同时也可以通过这项内容来验证机器人的结构。因此，为实现机器人的仿真，环境模拟器是十分重要的。最后，要将工程的文件名、仿真的实例名输入，然后选择特定的文件夹进行存储。

4.工业机器人的多刚体动力学仿真

4.1设置重力加速度

工业机器人在仿真的时候，需考虑到其主要的载荷为货物重量，而机器人的自身重量可以忽略，必须通过添加相应的重力加速度，才能够实现动力系统运作。若将重力的加速度设为9.8m/s2，设置好重力加速度之后，将质量mass和质量惯性的力矩加入到部件之中[4]。

4.2添加约束

当工业机器人的多个刚体动力学系统设置时，导入adams之后模型应添加相应的约束条件，重新添加约束条件之后，工业机器人的部件之间的约束主要由旋转副、移动副。工业机器人的底座和销轴也应添加固定副，以便于维持工业机器人的长期稳定运行。工业机器人的多刚体动力学仿真模型构建的时候，添加约束条件，主要有固定铰、旋转副以及平移副等约束。

4.3材料的属性设置

导入模块之后对于各个部件的材料属性必须设置，同时也应加入到模型之中。一般的工业机器人的材料属性为铝合金，工业机器人的摇杆、前臂、后臂以及下臂的材料一致。工业机器人操作的货物材料也基本上为铝合金，因此货物的质量的控制恰好在50kg，其他的部件材料为Q235A。

4.4摩擦力添加

工业机器人的各个部件之间存在着摩擦力，为了有效确保仿真，必须添加一定的摩擦力。通过摩擦力添加平衡系统的稳定，运动副添加摩擦力为工业机器人的运转提供支持。一般，工业机器人的旋转副添加摩擦力的系数为0.01。工业机器人添加摩擦力为了保证工业机器人在实际运行的过程中仿真更加真实，营造出机器人的实际运行环境。

4.5添加驱动运动曲线

工业机器人具有四个自由度，需要向模型添加四个驱动，添加驱动分别选择回转支架和底座之间的旋转副、竖向驱动滑块和回转支架之间的移动副、水平竖向驱动滑块和回转支架之间的移动副、抓手和端节之间的旋转副。竖向驱动滑块、回转支架、水平驱动滑块和抓手的运动曲线，需要将运动曲线添加到驱动中，运动曲线包括位移曲线、速度曲线和加速度曲线，这里选择位移曲线。将四个位移曲线保存为txt格式，通过CUBSPL函数将位移曲线添加中驱动中。通过仿真得到的位移曲线的仿真时间为1.4s，采样时间为0.01s在中的仿真时间也应设为1.4s，采样时间设为0.01s。对于竖向驱动力矩，在t=0时刻，由于机械臂、货物、连杆等部件的重量的存在，要保证重量平衡，所以有一个不小的力作用在竖向驱动滑块上，竖向滑块驱动来曲线与其加速度曲线相似[5]。考虑到系统的重量，上述两者的变化规律略有不同；系统的运动曲线与竖向驱动力曲线相似，在初始阶段，在工业机器人的水平运行方向上也有一个水平驱动力，当作用到驱动滑块上时，水平滑块驱动力变化规律与其加速度变化规律也相似。

结束语

目前和国外的机器人技术还有一定的差距，但相信经过我们长时间的发展和努力我国的机器人技术必然会出现技术突破，在世界机器人行业赢得一席之地。工业机器人技术为工业生产提供了重要的产品质量控制保障，为企业增产提供重要支持，对于有效提高工人的工作效率和生产量具有十分重要的意义。综上所述，我们必须大力发展工业机器人技术，为我国的工业生产和国力提升有着十分重要的作用。未来的工业机器人的前景大好，随着计算技术的日益成熟，实现工业机器人技术水平飞跃将不再是梦。

参考文献：

[1]杨亚.基于MFC控制程序的开放式工业机器人控制系统设计探究[J].内燃机与配件，2017（24）：18-19.

[2]吴炳龙，曲道奎，徐方.基于力/位混合控制的工业机器人精密轴孔装配[J].浙江大学学报：工学版，2018（01）：165.

[3]朱红娟.智能制造背景下高职工业机器人专业人才培养模式研究[J].机械制造与自动化，2017（06）：158-159+192.

[4]葛鹏，胡小春.基于RecurDyn的串联机器人刚柔耦合分析[J].机械工程师，2017（12）：40-42.

[5]郭付龙.SolidWorks在工业机器人基础教学中的应用[J].科技与创新，2017（22）：154-155.