第1期 胡明伟，等：一种协作型机器人运动性能分析与仿真 ·81 [10]赵占芳.机器人冗余特性和力控制研究[D].北京：北 5 结论 京航天航空大学研究生院，1991. 1)本文介绍了协作型机器人的特性，对其机构 ZHAO Zhanfang.Redundancy and force control of robot 构型进行了比较分析。 manipulators[D].Beijing:Graduate School of Beihang 2)利用Denavit-Hartenberg法建立了KUKA University,1991. [11]归形，原培章.7自由度机器人的图谱问题[J].机器 LBR iiwa机器人的运动学模型。在MATLAB环境 人，1991,13(4)：27-30. 下对机器人运动性能进行分析，分析结果表明其具 GUI Tong,YUAN Peizhang.An atlas of 7-DOF robot 有良好的灵活性和可操作性。 manipulators[J].Robot,1991,13(4):27-30. 3)运用MATLAB Robotics Toolbox工具箱对 [12]HUO Xijian,LIU Yiwei,JIANG Li,et al.Design and KUKA LBR iiwa机器人进行狭小空间作业轨迹规 development of a 7-DOF humanoid arm[C]//Proceedings 划，验证机器人具有良好的灵活性和避障能力，能 of the 2012 IEEE International Conference on Robotics and 够进入狭小空间内进行作业。为研发七自由度协 Biomimetics.Guangzhou,China,2012:277-282. 作型机器人提供了理论依据。 [13]SALISBURY J K,CRAIG J J.Articulated hands:force control and kinematic issues[J].The international journal 参考文献： of robotics research,1982,1(1):4-17. [14]YOSHIKAWA T.Manipulability of robotic mechanisms [1]IFR Statistical Department.Global survey:human-robot []The international journal of robotics research,1985 teams capturing new sectors EB/OL].Germany:IFR, 4(2):3-9. (2014-12-02)[2015-10-18].htp:/www.if.org/news/ [15]蔡蒂，谢存禧，张铁，等.基于蒙特卡洛法的喷涂机器 ifr-press-release/global-survey-human-robot-teams- 人工作空间分析及仿真[J].机械设计与制造，2009 capturing-new-sectors-670/. (3):161-162. [2]HANSON K.Collaborative robots lend a helping hand[EB/ CAI Di,XIE Cunxi,ZHANG Tie,et al.Study on OL].USA:CTE Publications,(2015-01-01)[2015-10- workspace analysis and simulation of 6-DOF painting robot 18 ]https://www.ctemag.com/news-videos/articles/ based on Monte-Carlo method [J].Machinery design collaborative-robots-lend-helping-hand. manufacture,2009(3):161-162. [3]OSTERGAARD E.Lightweight robot for everybody[J].IEEE [16]CORKE P.Robotics,vision and control:fundamental robotics automation magazine,2012,19(4):17-18. algorithms in MATLAB M ]Berlin Heidelberg. [4]BARRETTE M B.Collaborative robot ebook EB/OL]. Germany:Springer,2011:135-160. Canada:Robotiq,(2015-04-09)[2015-10-18].http:/ 作者简介： robotiq.com/resource-c-enter/ebooks/. 胡明伟，男，1990年生，博士研究 [5]American National Standards Institute.ANSI/RIA R15.06- 生，主要研究方向为机械电子。 2012,Industrial robots and robot systems-safety requirements[S].American:ANSI,2012. [6]PILZ T.Guide to industry acceptance with the new "ISO TS 15066-collaborative robots"standard [C]//Proceedings of 2015 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems.Hamburg,Germany:IEEE,2015. 王洪光.男，1965年，研究员，博士 [7]MATTHIAS B.New safety standards for collaborative 生导师，主要研究方向为机器人机构 robots,ABB YuMi dual-arm robot [C]//Proceedings of 学、特种机器人和机电一体化技术等。 2015 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent 发表学术论文170余篇，授权发明和实 Robots and Systems.Hamburg,Germany:IEEE,2015. 用新型专利40余项。 [8]TSAI Y C,SONI A H.Workspace synthesis of 3R,4R,5R and 6R robots[J].Mechanism and machine theory,1985, 20(6):555-563. 潘新安，男，1982年，副研究员，博 [9]周东辉.冗余度机器人机构学研究[D].北京：北京航空 士，主要研究方向为机器人机构学等。 航天大学机器人研究所，1994. 发表学术论文10余篇，授权发明和实 ZHOU Donghui.On the mechanism study of redundant 用新型专利6项。 robots[D].Beijing:Graduate School of Beihang University,1994.５ 结论 １）本文介绍了协作型机器人的特性，对其机构 构型进行了比较分析。 ２） 利 用 Ｄｅｎａｖｉｔ⁃Ｈａｒｔｅｎｂｅｒｇ 法 建 立 了 ＫＵＫＡ ＬＢＲ ｉｉｗａ 机器人的运动学模型。 在 ＭＡＴＬＡＢ 环境 下对机器人运动性能进行分析，分析结果表明其具 有良好的灵活性和可操作性。 ３） 运用 ＭＡＴＬＡＢ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ Ｔｏｏｌｂｏｘ 工 具 箱 对 ＫＵＫＡ ＬＢＲ ｉｉｗａ 机器人进行狭小空间作业轨迹规 划，验证机器人具有良好的灵活性和避障能力，能 够进入狭小空间内进行作业。 为研发七自由度协 作型机器人提供了理论依据。 参考文献： ［１ ］ ＩＦＲ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ． Ｇｌｏｂａｌ ｓｕｒｖｅｙ： ｈｕｍａｎ⁃ｒｏｂｏｔ ｔｅａｍｓ ｃａｐｔｕｒｉｎｇ ｎｅｗ ｓｅｃｔｏｒｓ ［ ＥＢ／ ＯＬ］． Ｇｅｒｍａｎｙ： ＩＦＲ， （２０１４⁃１２⁃０２） ［ ２０１５⁃１０⁃１８］． ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ． ｉｆｒ． ｏｒｇ ／ ｎｅｗｓ／ ｉｆｒ⁃ｐｒｅｓｓ⁃ｒｅｌｅａｓｅ ／ ｇｌｏｂａｌ⁃ｓｕｒｖｅｙ⁃ｈｕｍａｎ⁃ｒｏｂｏｔ⁃ｔｅａｍｓ⁃ ｃａｐｔｕｒｉｎｇ⁃ｎｅｗ⁃ｓｅｃｔｏｒｓ－６７０ ／ ． ［２］ＨＡＮＳＯＮ Ｋ．Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｒｏｂｏｔｓ ｌｅｎｄ ａ ｈｅｌｐｉｎｇ ｈａｎｄ［ＥＢ／ ＯＬ］．ＵＳＡ：ＣＴＥ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ，（ ２０１５－ ０１－ ０１） ［ ２０１５－ １０ － １８ ］． ｈｔｔｐｓ： ／ ／ ｗｗｗ． ｃｔｅｍａｇ． ｃｏｍ／ ｎｅｗｓ⁃ｖｉｄｅｏｓ／ ａｒｔｉｃｌｅｓ／ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ⁃ｒｏｂｏｔｓ⁃ｌｅｎｄ⁃ｈｅｌｐｉｎｇ⁃ｈａｎｄ． ［３］ＯＳＴＥＲＧＡＡＲＤ Ｅ． Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ｒｏｂｏｔ ｆｏｒ ｅｖｅｒｙｂｏｄｙ［Ｊ］． ＩＥＥＥ ｒｏｂｏｔｉｃｓ ＆ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｍａｇａｚｉｎｅ， ２０１２， １９（４）： １７－１８． ［４］ ＢＡＲＲＥＴＴＥ Ｍ Ｂ． Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｒｏｂｏｔ ｅｂｏｏｋ ［ ＥＢ／ ＯＬ］． Ｃａｎａｄａ：Ｒｏｂｏｔｉｑ，（２０１５－０４－０９） ［２０１５－１０－１８］．ｈｔｔｐ： ／ ／ ｒｏｂｏｔｉｑ．ｃｏｍ／ ｒｅｓｏｕｒｃｅ⁃ｃ⁃ｅｎｔｅｒ／ ｅｂｏｏｋｓ／ ． ［５］Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ． ＡＮＳＩ／ ＲＩＡ Ｒ１５．０６－ ２０１２， Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｒｏｂｏｔｓ ａｎｄ ｒｏｂｏｔ ｓｙｓｔｅｍｓ⁃ｓａｆｅｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ［Ｓ］． Ａｍｅｒｉｃａｎ： ＡＮＳＩ， ２０１２． ［６］ＰＩＬＺ Ｔ． Ｇｕｉｄｅ ｔｏ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｎｅｗ “ＩＳＯ ＴＳ １５０６６⁃ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｒｏｂｏｔｓ” ｓｔａｎｄａｒｄ ［ Ｃ］ ／ ／ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ２０１５ ＩＥＥＥ／ ＲＳＪ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｒｏｂｏｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｈａｍｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ： ＩＥＥＥ， ２０１５． ［ ７ ］ ＭＡＴＴＨＩＡＳ Ｂ． Ｎｅｗ ｓａｆｅｔｙ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｆｏｒ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｒｏｂｏｔｓ， ＡＢＢ ＹｕＭｉ ｄｕａｌ⁃ａｒｍ ｒｏｂｏｔ ［ Ｃ］ ／ ／ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ２０１５ ＩＥＥＥ／ ＲＳＪ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｒｏｂｏｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｈａｍｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ： ＩＥＥＥ， ２０１５． ［８］ＴＳＡＩ Ｙ Ｃ， ＳＯＮＩ Ａ Ｈ． Ｗｏｒｋｓｐａｃｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ３Ｒ， ４Ｒ， ５Ｒ ａｎｄ ６Ｒ ｒｏｂｏｔｓ［ Ｊ］． Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｈｅｏｒｙ， １９８５， ２０（６）： ５５５－５６３． ［９］周东辉． 冗余度机器人机构学研究［Ｄ］． 北京： 北京航空 航天大学机器人研究所， １９９４． ＺＨＯＵ Ｄｏｎｇｈｕｉ． Ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｒｅｄｕｎｄａｎｔ ｒｏｂｏｔｓ ［ Ｄ ］． Ｂｅｉｊｉｎｇ： Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｂｅｉｈａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， １９９４． ［１０］赵占芳． 机器人冗余特性和力控制研究［Ｄ］． 北京： 北 京航天航空大学研究生院， １９９１． ＺＨＡＯ Ｚｈａｎｆａｎｇ． Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ ａｎｄ ｆｏｒｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｒｏｂｏｔ ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ ［ Ｄ］． Ｂｅｉｊｉｎｇ： Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｂｅｉｈａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， １９９１． ［１１］归彤， 原培章． ７ 自由度机器人的图谱问题［ Ｊ］． 机器 人， １９９１， １３（４）： ２７－３０． ＧＵＩ Ｔｏｎｇ， ＹＵＡＮ Ｐｅｉｚｈａｎｇ． Ａｎ ａｔｌａｓ ｏｆ ７⁃ＤＯＦ ｒｏｂｏｔ ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ［Ｊ］． Ｒｏｂｏｔ， １９９１， １３（４）： ２７－３０． ［１２］ ＨＵＯ Ｘｉｊｉａｎ， ＬＩＵ Ｙｉｗｅｉ， ＪＩＡＮＧ Ｌｉ， ｅｔ ａｌ． Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ７⁃ＤＯＦ ｈｕｍａｎｏｉｄ ａｒｍ［Ｃ］ ／ ／ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２０１２ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ Ｂｉｏｍｉｍｅｔｉｃｓ． Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ， Ｃｈｉｎａ， ２０１２： ２７７－２８２． ［１３］ ＳＡＬＩＳＢＵＲＹ Ｊ Ｋ， ＣＲＡＩＧ Ｊ Ｊ． Ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ ｈａｎｄｓ： ｆｏｒｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ｉｓｓｕｅｓ［Ｊ］． Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｒｏｂｏｔｉｃｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ， １９８２， １（１）： ４－１７． ［ １４ ］ ＹＯＳＨＩＫＡＷＡ Ｔ． Ｍａｎｉｐｕｌａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｒｏｂｏｔｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ［Ｊ］． Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｒｏｂｏｔｉｃｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ， １９８５， ４（２）： ３－９． ［１５］蔡蒂， 谢存禧， 张铁， 等． 基于蒙特卡洛法的喷涂机器 人工作空间分析及仿真［ Ｊ］． 机械设计与制造， ２００９ （３）： １６１－１６２． ＣＡＩ Ｄｉ， ＸＩＥ Ｃｕｎｘｉ， ＺＨＡＮＧ Ｔｉｅ， ｅｔ ａｌ． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｗｏｒｋｓｐａｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ６⁃ＤＯＦ ｐａｉｎｔｉｎｇ ｒｏｂｏｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｍｏｎｔｅ⁃Ｃａｒｌｏ ｍｅｔｈｏｄ ［ Ｊ］． Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｄｅｓｉｇｎ ＆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ， ２００９（３）： １６１－１６２． ［１６ ］ ＣＯＲＫＥ Ｐ． Ｒｏｂｏｔｉｃｓ， ｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ： ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｉｎ ＭＡＴＬＡＢ ［ Ｍ ］． Ｂｅｒｌｉｎ Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ： Ｓｐｒｉｎｇｅｒ， ２０１１： １３５－１６０． 作者简介： 胡明伟，男，１９９０ 年生，博士研究 生，主要研究方向为机械电子。 王洪光，男，１９６５ 年，研究员，博士 生导师，主要研究方向为机器人机构 学、特种机器人和机电一体化技术等。 发表学术论文 １７０ 余篇，授权发明和实 用新型专利 ４０ 余项。 潘新安，男，１９８２ 年，副研究员，博 士，主要研究方向为机器人机构学等。 发表学术论文 １０ 余篇，授权发明和实 用新型专利 ６ 项。 第 １ 期 胡明伟，等：一种协作型机器人运动性能分析与仿真 ·８１·