1. 目的及意义（含国内外研究现状）

   1.1研究目的及意义

   工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感、人工智能等多学科先进技术于一体的现代化自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其 产品发展很快，已成为柔性制造系统，自动化工厂，计算机集成系统的自动化工具。广泛采用机器人不仅可提高产品的质量与数量，而且保证人身安全，改善劳动环境，提高生产效率有着十分重要的意义。

   随着科技的发展，人们对工业机器人的要求也水涨船高，不仅要求工业机器人能够执行常规PTP运动（点对点运动）和简单的CP运动（如直线运动和圆弧运动），而且还要能够跟随特定路径进行高速运动，实现运动过程中时间最优。对工业机器人运动的仿真分析可以直观清楚地了解机器人的运作轨迹和相关原理，从中发现发现机器人在工业中出现的问题和缺陷，实时了解应用于不同方面机器人所出现的具体问题。采用数学方法规划设计出最优的方案，使工业机器人在运动过程中减少冲击和振动，延长使用周期，提高轨迹精度。因此对工业机器人的运动仿真分析，从而规划出最优设计对工业机器广泛应用有着至关重要的意义。

   1.2国内外研究状况

1.2.1机器人运动仿真技术的研究现状

在工业机器人的应用中，系统仿真技术起到了很重要的作用。国外对机器人仿真在工业机器人的应用中，系统仿真技术起到了很重要的作用。国外对机器人仿真技术的研究从 70 年代就开始了，并且已经使用仿真软件进行许多领域的研究。最早的机器人仿真程序包是由西德等人研制而成，该程序包能够模拟机器人的一些功能，并建立了机器人的数据库，这是机器人仿真系统的一个雏形。而后，美国 Maryland 大学开发了一个能够产生机械手动力学模型的系统，可以按照实际情况生成仿真程序。用于机器人轨迹方面仿真的软件包也相继由 MIT 开发出来。此后，各国对机器人仿真技术都展开了研究工作，而机器人仿真技术也得到了很大的进步，在前人的研究基础上，用于机器人离线编程的仿真技术开始得到研究，许多软件系统得到了开发。Deneb 公司就开发了一套用于工作站及离线编程的软件系统。而商品化的离线编程系统在 90 年代中期得到推广，国外学者对机器人仿真技术的研究更加深入，主要开发用于离线编程的仿真系统有：美国 SIMA 公司开发的用于机器人和变位机协调的软件包、日本大阪大学开发的用于解决机器人碰撞问题的离线编程系统、以色列 OSHAP 公司开发的用于工作站设计的离线编程系统、西德大学开发的用于仿真的机器人系统等等[23]。从发展方向上来看，国外对机器人仿真系统的研究是朝着智能化的方向发展的。

国内对机器人仿真技术的研究起步较晚，从 80 年代后期才开始研究工作。浙江大学于 1988 年研制了一套用于图形仿真的机器人系统，随后，南 京理工大学对已有的一些软件包进行了二次开发，用于机器人的位姿的规划，然后又自主开发基于 C/S 结构的仿真系统。哈尔滨工业大学也对机器人仿真系统进行了很多的研究，开发了功能较全的离线编程系统。除此之外，国内很多大学都对机器人的仿真技术进行了很多的研究，也取得了相应的成果。

目前对机器人仿真技术的研究主要是对机械手的运动学及动力学仿真、多操作手及并联操作手的仿真等。但是由于仿真系统的开发所使用的工具不同，造成了仿真系统的局限性，而商品化的机器人仿真系统非常昂贵，那么对机器人仿真系统的研究就显得非常必要，特别是对于学校用于学生实习用而言，购买机器人离线编程系统代价非常高，开发一套用于实习的机器人仿真系统非常有价值。

1.2.2轨迹规划的研究现状