文 献 综 述

一、 工业机械臂的概述

机械臂是”ROBOT”一词的中文译名。根据国家标准，工业机械臂被定义为”其操作机是自动控制的，可重复编程、多用途，并且可以对3个以上的轴进行编程。它可以是固定式或者移动式。在工业自动化应用中使用”。操作机又定义为”是一种机器，其机构通常由一系列相互铰接或相对滑动的构件所组成。它通常有几个自由度，用以抓取或移动物体（工具或工件）。”所以对工业机械臂可以理解为：拟人手臂、手腕和手部功能的机械电子装置；它可把任一物件或工具按空间位姿（位置和姿态）的时变要求进行移动，从而完成某一工业生产的作业要求。工业机械臂目前还没有统一的分类标准。根据不同的要求可进行不同的分类。按驱动方式可分为液压式、气动式和电动式；按用途又可分为搬运机械臂、喷涂机械臂、焊接机械臂、装配机械臂以及相关专门用途的机械臂如医用、航天用、探险用等等；按操作机的位置机构形式或自由度数量又可分为直角坐标型机械臂、圆柱坐标型机械臂、关节型机械臂或4轴（自由度）、5轴（自由度）、6轴（自由度）、7轴（自由度）机械臂等等。

在工业自动化生产中，无论是单机还是组合机床，以及自动生产流水线，都要用到机械臂来完成工件的取放。机械臂是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境中，以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作业，因此也获得日益广泛的应用。它在国民经济各领域有着广阔的发展前景，它也正在开始改变现代化工业的面貌。

二、工业机械臂仿真软件的开发现状

随着自动化技术的不断发展，工业机器人的应用越来越广泛，机器人的三维仿真技术也越来越受到人们的重视。仿真技术利用了计算机可视化和面向对象的方法，对机器人的动态特性进行模拟，揭示机构的合理运动方案和算法，从而解决在机器人设计、制造和运行过程中存在的问题，避免了直接操作实体可能造成的事故和不必要的损失，成为实用化离线编程技术的重要组成部分。而机械臂正是机器人的一个分支，设计并使用机械臂仿真软件不会影响到机械臂的正常工作，待仿真完成后，直接把仿真程序下载到机械臂中即可完成机械臂的控制，从而提高生产效率。现在大多数院校的学生没有太多的机会去接触到实体机械臂，使用机械臂仿真软件可以让学生们更真实地感受机械臂的运动，对教育教学有着十分重要的意义。机械臂三维仿真软件的出现，则能够良好地仿真出机械臂的运动过程。

（1）基于Open GL函数库的三维仿真

Open GL是在SGI等多家著名的计算机公司的倡导下,以SGI的GL三维图形库为基础制定的一个通用共享的开放式三维图形标准。它是一种与硬件、窗口系统和操作系统相独立的一系列API。当前，Microsoft公司开发的面向对象的可视化软件开发工具Visual C 6.0中已经集成Open GL图形标准，在加上Open GL具有编程建模、容易实现高度清晰感的实时三维仿真等优点，逐渐被广泛应用于机器臂的设计和运动仿真中。

文献[1]和文献[3]中设计的六自由度机械臂三维仿真软件是以VS2008为开发平台，使用Open GL函数库进行机械臂三维模型的创建，使用D-H表示法建立运动学模型，使用Qt界面库进行软件界面的设计，创建了良好的人机交互界面并且提供正逆解运算和演示。它可以对机械臂的运动进行实时仿真。良好地仿真出机械臂的运动过程，对机械臂的研究和教学起到了促进作用。文献[4]阐述的是在VC ．NET开发平台上利用Open GL技术建立三维仿真系统的理论及方法。建立了5自由度弧焊机器人的运动学模型，提供了模型正、逆运算，实现了机器人的三维实时仿真及预设动作模拟的功能。不过文献[4]并没有说明机器人三维实体的具体实现方法。文献[5]中阐述的仿真软件是在VC 6.0开发平台上，基于MFC框架类和Open GL的图形库进行开发的，该仿真软件有效地验证了机械臂数学模型以及正、逆运动学求解工程的正确性，并且对4种轨迹规划方式的效果做了直观的比较。但文献[5]并没有把三维模型模块化，从而不利于系统的扩展。

（2）基于Solid Works软件的仿真