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自主的发展我国的高技术，机器人作为高技术领域的一个重要分支，将成为21世纪各国争夺的经济技术制高点。如何在 21世纪加速我国机器人的发展，使我国早日进入机器人大国行列，已成为当务之急。由于目前我国机器人的基础数量太低，以工业机器人为例，到了2010年我国机器人拥有量只能达到世界拥有量1.38%～2%，这与我国作为21世纪前半叶世界主要制造国的要求差距太大，如果这种差距只能以进口机器人来弥补，其巨大损失不是可以用货币损失来计算的。可见，无论从资金方面考虑，还是从长远利益考虑，我们有必要自主地对机器人进行研究和开发。
但是由于国内机器人的科研与开发与国外尚有较大差距，虽然计划开发的机器人基本上采用的是在国外基木成熟的技术，但国内各单位对这些技术的了解有相当部分还停留在文献上或局部技术上。所以我们应该从基本做起，有必要研制少数型号的机器人和开展一批基础技术研究作为机器人课题的主要研究与开发内容。 1.3.3 工业机器人运动学系统研究现状 运动学正问题的研究目前主要是利用齐次
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坐标变换矩阵方法将位置和姿态统一描述，该法思路清晰，但运算速度较慢，随着机器人机构自由度的增加对运动学逆问题的讨论带来很多不便。运动学逆问题比正问题复杂的多，主要表现在逆解的存在性和唯一性，存在性决定机器人的操作空间，逆解一般来说非唯一。目前对具有特殊形状的机器人机构如球形手腕机器人机构，其逆解是封闭的，但并不唯一。对一般的机器人机构逆解必须使用数值计算方法，因而数值解的计算速度和精度受到人们的关注，同时机器人机构中常见的奇异状态(不可解状态)在数值解中如何避免也是讨论三维问题之一[13] 。
工业机器人运动学方程的计算过程需要解多元非线性方程组，数学上尚无完备的方法求其解析解，机构学研究者采用数值分析的方法，取得了一系列进展。但是多数或者算法不稳定，或者过分依赖初值，且计算量大，求解速度慢。工业机器人机构位置正解的神经网络解法也开始进行探讨。利用神经网络对于非线性映射的强大的逼近能力，采用 BP 网络，利用位置逆解结果作为训练样本，通过大量样本的训练学习，实现机器人从关节变量空间到工作变量空间的非
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线性映射，从而取得并联机器人运动学正解，避免了求位置正解时公式推导和编程计算等的繁杂性[14]。
运动学方程的建立与求解是一个机器人系统的关键技术，一直受到广泛的关注，但仍然是当今的一个研究热点，有着一定的发展空间。 1.3.4 工业机器人轨迹规划研究的现状与意义
机器人轨迹规划属于机器人底层规划，是在机械手的运动学的基础上，讨论在关节空间和笛卡尔空间中机器人运动过程中的轨迹规划和轨迹生成方法。所谓轨迹是指机械手在运动过程中的位移、速度和加速度。而轨迹规划是根据作业任务的要求，计算出预期的运动轨迹。首先对机器人的任务、运动路径和轨迹进行描述。例如，用户给出手部的目标位姿，规划所要完成的任务是:确定到该目标的路径点、持续时间、运动速度等轨迹参数，并在计算机的内部描述所要求的轨迹，即选择习惯给定及合理的软件数据结构。最后，对内部描述的轨迹，实时计算机器人运动的位移、速度和加 速度，生成运动轨迹。 轨迹规划既可在关节空间也可在直角空间
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进行，但是所规划的轨迹函数都必须连 续和平滑，使得操作臂的运动平稳。用户根据作业给出的各个路径点后，路径规划的任务包含: 解变换方程(运动学正解)、进行运动学反解和插值运算等；在关节空间进行规划时，大量工作是对关节变量的插值运算。因此，对于插值算法的研究是机器人 轨迹规划的一个重要方面[15]。
1.4 本文研究的意义及主要内容 我们所设计的五自由度工业机器人，可以为进一步研究工业机器人的工作原理和工作过程奠定一定的基础。将其作为《机器人学》 、《机器人技术基础》及《机电一体化系统设计》课程及机械电子工程专业等机电结合的综合教学实验设备，不仅可以使学生在轻松愉快的氛围中充分理解相关课程的专业知识，而且可以激发学生的专业学习兴趣，树立系统的工程概念，培养其独立开展科学研究的能力。因此，本机器人的研制成功，对机电一体化专业教学及科研有着十分重要的意义。
学习了机器人技术知识，查阅了大量的文献
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资料，对国内外机器人、主要是工业机器人的现状有了比较详细的了解。在此基础上，结合本人的设想，和设计工作中需要解决的任务，本文主要研究机器人总体结构进行设计，主要进行以下工作:
本体结构设计，本机器人手臂结构方案确定后要运用AutoCAD和Pro/Engineer软件把其平面装配图及其立体图做出。
2 机器人本体结构方案的设计
2.1 机器人的工作要求 主要设计参数如下
自由度数目：5个
机械机构形式：立式关节型 作业半径：650mm 负荷能力：2kg
重复定位精度：+/-0.5mm 驱动电机：步进电机 最大重量: 40kg
2.2 机器人机械设计的特点
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五自由度工业机器人结构
