第一章 KUKA工业机器人

近年来，随着“工业4.0”概念被提出，我国机器人技术得到快速的发展来应对制造业的升级转型，各种用途的机器人被研发和应用在各个领域，并且获得良好的应用效果。但是，我国机器人研究和应用方面和西方先进国家还有一定的差距，这就要求不断对各种用途机器人加强研究。机器人的运动仿真学一直都是机器人技术的一个重要组成部分。通过建立机器人的运动学模型，进行机器人的运动学分析，逆运动学解算和轨迹规划，从而分析机器人的运动性能，是机器人研究与应用的一个重要手段和工具。使用电脑的可视化还有面向对象的手段，通过模拟机器人的动态特性进行模拟，这样就可以帮助研究人员了解到机器人的工作空间的形态和极限，还可以验证出控制方案以及这种算法的合理性，以便于及时找到缺点还有不足，从而进行改进，这样就可以避免我们如果直接操作实体可能会造成的事故以及不必要的损失，这一定会使得机器人的研究以及生产进入到一个非常有前景的新时代。

在相关的国内外文献中，对于机器人运动学的研究，大多数都只是浅尝辄止的阶段即只做仿真。本文选用的研究对象是目前在工业机器人中最常用的KUKA六轴机器人，在MATLAB环境下进行仿真，不仅可以直观的展示出机器人各个关节轴的运动状态通过图形和曲线的方法，而且还能将仿真结果应用于KUKAKR6-2机器人实际的运动控制和操作，从而就可以验证控制的方案以及算法的有效性，同时也能验证这种算法和控制方案的科学性和有效性，希望能够为机器人的研究、生产等人员提供一定的参考。下图为KUKA机器人系列中的KR6-2型号机器人。

工业机器人主要用于装配生产线。例如，汽车制造中用以焊接底盘、固定绝缘材料，但是它也可以胜任食品行业中比如包装谷物棒那样的工作。当然，这种情况大多数发生在工厂，所以寻常大众几乎没有机会看到机器人工作。这是我们决定向公众展示机器人的原因之一，我们想告诉大家，除了那些熟知的领域，工业机器人还能实现哪些事情。第二个要点是，工业机器人在某种程度上总是与那些目前仍由人类从事的危险工作相关联。这促使我们参与这个项目，因为我们想借此表明：在未来，人类与机器人的互动中，人类仍然拥有绝对的主动权，人类永远是机器人思维、行动的控制者和协调者。传统的机器人可以沿着它的六个轴移动其臂，这使将有效载荷移动到任何位置成为可能。此外，机器人的尺寸不同，移动有效载荷还可以有一定范围。最大的优点是你可以编程一系列运动，然后由机器人独立执行。毋庸置疑，这在艺术世界有很大的吸引力。于是，艺术世界中也就出现了使用工业机器人的各种可能性。

KUKA工业机器人有点非常多，比如他的开放性好，有很多种功能卡都能直接插接，在同行中有较好的便捷性和通用性。库卡机器人的程序不管是备份还是回复都非常方便，而且用时很短。当然，库卡机器人还可以直接外接一些外设装备，比如显示器和键鼠。库卡机器人的程序可以长期存储基本上没什么限制，还可以随时更新。库卡机器人支持多种总线协议，比如ethercat，canopen等，而且他还与总线接口板连接很方便。一旦出现系统错误，可在最短时间内回复。可以方便进行联网，易于监控和管理。拆卸方便，易于维护。

KUKA机器人用途很广。库卡机器人可以用来搬东西，焊接金属，只要是食品，加工金属，加工塑料还有自动化方面都有涉猎。比如在运送货物方面，库卡工业机器人可以搬运非常重的货物，还可以通过编程实现自由定位。在食品领域，库卡机器人可以搬运食品，食品切割，堆垛和卸垛，还可以控制重量，这些方面非常值得人们信赖，可以很有效的减轻人类负担。在建筑行业，库卡机器人可以用在原材料输送，加工及高效率生产过程。在玻璃制造行业，库卡工业机器人制造实验室的各种玻璃器皿和仪器。库卡机器人在铸造和锻造业也有很宽泛的应用，因为库卡工业机器人的耐高温以及耐脏，所以可以直接安装在铸造机械上。当然，库卡机器人还可以去除工件的毛刺、工件的打磨及工件的钻孔。库卡工业机器人还可以完成一些机床的工作比如铣，刨，切，磨，冲压，弯曲，焊接，装，卸。还有陶瓷和石材的加工以及3D加工都可以用库卡机器人来完成。