文献综述
摘要：本文先介绍关于单自由度机械臂的国内外研究现状。通过阅读相关文献，分析了单自由度机械臂设计实践过程中的的难处、应用和研究方向。明确以单自由度机械臂为研究对象，准确建立单自由度机械臂的三维模型，以及MATLAB/Simulink-ADAMS联合仿真动力学模型和控制模型，在此基础上进行仿真，研究影响机械臂定位精度的主要因素的任务目标。
关键词：MATLAB ADAMS 动力学模型 控制模型
- 机械臂发展历程及现状
随着社会的进步和科学技术的迅速发展,工业生产对自动化的需求不断增加,机器人应运而生,大大提高了生产效率。工业机械臂具有灵活的操作性,在各行各业得到了广泛的普及。然而，随着加工制造业不断发展，控制方法和精度成为了行业的主要关注点。近年来，我国部署了《中国制造2025》的打造制造强国的战略性文件，是我国制造业改革的一个大信号，经济发展迫切需要转型，将把境内劳动密集型的低端制造业逐步转型为技术密集的高端制造业，这对机械和自动化控制等领域的需求也越来越高，研究机器人的控制问题成为解决机器人轨迹精度不精确的有效方法也是研究热点。
美国的戴沃尔在1954年首先提出了工业机器人的概念，之后工业机械臂在各国都得到了重视和发展。从20世纪50年代开始起，工业机械臂的产业化规模逐步扩大。直到90年代，工业机械臂的产品都以10%左右的年增长率逐年扩增。到2000年的时候，增长率更是达到了15%。 工作在各领域的工业机械臂在21世纪初期已经突破了100万台。各发达国家对工业机器人产业的重视也与日俱增，美国、日本、韩国、德国等发达国家都将工业机器人列入了国家战略发展的计划之中。其中，日本堪称“机器人王国”，不管是仿生机器人还是工业机器人，日本的产品和技术都是国际顶尖水平。自20世纪80年代以来，其生产和出口的机器人数量都是世界第也是世界上最大的机器人的消费市场。据IFR的数据，目前全球工业机器人总量的约三分之一都来于日本,同时日本工业机器人每年的出货量一直排在世界第一位，2011年出货量已达到27894台。其中,OTC、安川FANUC、松下、川崎、不二越等公司都已成功的将产品销至世界各地，在工业机器人产业中获得了成功。美国，作为当今世界的超级大国，其工业机器人的制造技术毫无疑问也是世界顶尖水平。在工业机器人的发展史上，美国走的是“高大上”路线，他们在很长一段时间内更专注于对机器人设计理念理论进行研究,忽略了面对于普通的工业机器人的研制开发，这导致其进军机器人市场的步伐较慢，但是成熟的理念也确保了美国的机器人技术更全面更先进更具有发展前景。汽车工业和军工企业是美国应用工业机器人的最大客户，其中，汽车工业的工业机器人应用更为普遍。据了解，美国国内一半以上的的工业机械臂都被用于汽车生产。为了在机器人销售市场.上的竞争，美国的对策除增加设备投资、折旧年限外，在机器人市场中将着重开拓占全美三大支柱产业之二的建筑业。德国人的严谨和纪律性，使他中将着重开拓占全美三大支柱产业之二的建筑业。德国人的严谨和纪律性，使他们的机械也带着一种值得信赖的品质。他们的工业机器人以耐用和人性化著称。民主德国自1979 年起开始研制工业机器人,并于1981年决定建立工业机器人技术中心，研制用于装卸、电子及电气工业产品装配以及锻压、铸造、焊接用的工业机器人。至1983 年，民主德国正常运行的工业机器人近1. 5万台，到2011年，其工业机器人保有量已达到15万台，跃居世界第三。KUKA公司研制的机械臂广泛的用于汽车、航空、新能源等重要领域。最近，KUKA为了庆祝上海工厂的建成而特意安排了一场机器人(DR Agilus机器人)与人类运动员(TimoBoll)之间的乒乓球赛，本场比赛于3月11日举行。[1，2]
中国的工业机器人起步较晚，直到上世纪末期，才基本掌握了工业机器人的设计与制造技术。但是之后，专注于机械臂制造技术的单位如初春柳芽般涌现出来。现在，我国有200多家单位专门从事工业机械臂的研发工作，有50多家单位专门从事工业机械臂的产业化研究工作。奇瑞汽车股份有限公司机器人研发中心、上海机电一体工程有限公司、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等单位更是其中的佼佼者,现在都已拥有自主研发制造的产业化机械臂。但是，相对于日美欧的机械臂生产技术，仍然有着很大的差距。从工业机械臂市场空间来分析，对比美、德、日三国制造业机器人密度会发现，中国的汽车、电子电气、食品饮料、化工、塑料橡胶、金属制品等主流制造业未来几年尚需大批量的工业机械臂，约占中国工业机械臂总需求量的七成，因此，工业机械臂需求量约三百万台。以每台机器价值二十万计算，产值空间越为六千亿元。面对如此之大的市场需求，各企业院校和科研单位也在加大对工业机械臂的研究力度，填补技术空白，提升制造技术，造福国内的汽车电子等制造业。[3]
1.工业机械臂
随着中国制造业的转型,工业机器人在制造业中逐渐普及开来。工业机器人具有柔性生产,降低工人劳动强度,保护工人安全和节约人力成本的优点,是先进制造业中不可缺少的自动化设备。工业机械手是一个具有多输入与多输出的非线性系统,随着工艺要求的提升,对机械手的精度、工作效率、末端平稳等性能的要求也逐渐增高。工业机械臂的应用十分广泛，他的身影遍布于点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各个工位。[5]
2.空间机械臂
加拿大、日本、欧洲、美国等较早开展了空间机械臂的研究工作，并基于航天飞机、国际空间站等平台开展了大量的在轨试验和工程应用，积累了丰富的技术能力和应用经验。我国目前已完成了针对合作目标的空间机械臂在轨演示验证，正开展针对我国空间站的机械臂研制。[6]
