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1. 研究目的与意义

工业机器人是综合了计算机科学技术、机械工程技术、电子工程技术、信息传感器技术、控制理论、机构学、人工智能学、仿生学等多学科而形成的高新技术。在国外工业机器人技术日趋成熟，其己经成为一种标准设备而在工业自动化行业广泛应用，从而也形成了一批在国际上较有影响力的工业机器人公司，工业机器人技术的发展水平也成为一个国家工业自动化水平的重要标志。

而六轴机器人是当前制造业常用的工业机器人类型，设计的速度规划求解器可为操作人员进行机器人轨迹规划和控制提供极大便利。为满足各类几何结构的六自由度串联机器人实时控制的需要,研究实时逆运动学算法;为实现机械结构和控制系统的优化设计,研究机器人的动力学特性;为提高机器人运动的平滑性、工作效率和机器人本体的使用寿命,研究平滑轨迹规划和优化方法;为减少轨迹跟踪误差、实现高精度作业,研究高性能的PID控制策略和学习控制策略。对串联机器人的系统研究,不仅有利于深入挖掘机器人的理论体系,有效论证工程实现手段,而且能够找出实现我国机器人国产化的突破口和解决方案,为机器人的国产化积累经验、奠定基础。

2. 国内外研究现状分析

早在1954 年美国乔治德沃尔设计出第一台电子可编程序的工业机器人，并于1961 年发表了该项专利，1962 年美国通用汽车公司投入使用，标志着第一代机器人诞生。从此，机器人开始成为人类生活中的现实，随后日本使工业机器人得到迅速的发展。如今，日本已经成为世界上工业机器人产量和拥有量最多的国家。20 世纪80 年代，世界工业生产技术上的高度自动化和集成化高速发展，同时也使工业机器人得到进一步发展，并在这个时期工业机器人对世界整个工业经济的发展起到了关键性作用。目前，世界上工业机器人无论是从技术水平上还是从已装配的数量上都日趋成熟，优势集中在以日、美为代表的少数几个发达的工业化国家，已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。国际上成立的具有影响力的、著名的工业机器人公司主要分为日系和欧系，日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的产品; 欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU 及奥地利的IGM 公司。

我国工业机器人起步于20 世纪70 年代初期，经过30 多年的发展，大致可分为3 个阶段: 20 世纪70年代的萌芽期，80 年代的开发期，90 年代的实用化期。在高新技术发展的推动下，随着改革开放方针的实施，我国工业机器人在工业自动化的发展进程中扮演着极其重要的角色［4655］。为了迅速缩短与工业发达国家的差异，并在高起点的平台上发展我国自己的机器人工业，要积极吸收和利用国外已经成熟的机器人技术，并且要得到国家的重视和支持。现在，我国从事机器人研发的单位有200 多家，专业从事机器人产业开发的企业有50 家以上。在众多专家的建议和规划下，七五期间由机电部主持，中央各部委、中科院及地方科研院所和大学参加，国家投入相当资金，进行了工业机器人基础技术、基础元器件、几类工业机器人整机及应用工程的开发研究。九五期间，在国家863高技术计划项目的支持下，沈阳新松机器人自动化股份有限公司、哈尔滨博实自动化设备有限责任公司、上海机电一体化工程公司、北京机械工业自动化所、四川绵阳思维焊接自动化设备有限公司等确立为智能机器人主题产业基地。此外，还有上海富安工厂自动化公司、哈尔滨焊接研究所、国家机械局机械研究院及北京机电研究所、首钢莫托曼公司、安川北科公司、奇瑞汽车股份有限公司等都以其研发生产的特色机器人或应用工程项目而活跃在当今我国工业机器人市场上。

机器人是人类发展高级阶段的高科技产物，工业机器人的诞生和机器人学的建立无疑是21 世纪人类科学技术的重大成就。在国内，工业机器人市场竞争越来越激烈，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，加快工业机器人技术的研究开发与生产是我们抓住这个历史机遇的主要途径，依靠自身优势，提高自主创新，寻求发展道路，是中国工业机器人生产企业在激烈市场竞争中需面对的问题，力争在新的世纪里，工业机器人技术大发展的新技术时代，使我国的工业机器人产业在世界上占有一席之地。

3. 研究的基本内容与计划

①构建六轴串联机器人的通用雅克比矩阵，实现机器人关节空间速度向操作空间速度的线性映射。

②求解六轴串联机器人的逆雅克比矩阵，实现操作空间向关节空间的速度映射。

③基于visual c 平台和上述求解原理，开发六轴机器人速度规划求解器。

4. 研究创新点

采用优化的坐标系建立方法, 减少了参数的数量。

通过这种方法, 在求解正、逆运动学方程过程中, 可以减少运算公式的参数计算, 降低计算难度, 求出逆运动学方程封闭的解析解, 从而能够更好地建立机器人各运动构件与末端执行器在空间的位置、姿态之间的关系。