文献综述
摘要：20世纪有四项重大的发明半导体、计算机数控、以原子为中心的能量技术和激光技术。 激光切技术是在激光技术中发展最广最快的，它大大的改造创新了传统的机械制造行业，提供了新的发展机遇和前景[1-1]。随着激光技术愈加成熟，激光切割在复杂曲面上的应用也越来越多，因此研究复杂曲面激光切割设备是很具有研究意义的[2-1]。激光切割机械手的设计是将工业六轴机械手运用于激光切割，是用于复杂曲面激光切割的先进技术。
关键词：激光切割 工业机器人 机器人运动学
1.激光切割机械手的概述
1.1工业机器人的介绍
激光切割机械手是工业机器人与激光切割技术相结合的产品，是用于复杂曲面激光切割的设备。曾经工业机器人的强度不够、关节控制困难等问题限制了我国工业机器人在激光切割技术在上的应用[3]。如今这些问题都逐一得以解决，激光切割机器人也逐渐在国内三维激光切割机的市场占有一席之地。
工业机机器人的运用是机器人运动学和动力学、机械设计与制造、控制与传感器、计算机软件与硬件、模式识别与人工智能等多个学科领域的先进理论与技术的集成，是现代信息科技技术与装备设计制造技术二者相结合的产物。这项技术具有转变世界格局的潜力，在未来的几十年会迅猛发展，直至像今天的计算机一样普及。随着世界各国新一轮的工业产业结构的调整，工业机器人已逐渐成为先进制造业中举足轻重的重要组成部分，代表了一个国家尖端工业科技与工业制造业水平。运用工业机器人对生产工艺进行改进，可以在保障人身安全、降低工作环境对人体造成的危害、减轻劳动强度、提高生产效率的同时，还可以提高产品的质量与产量，节约生产原材料以及降低生产成本，带来经济效益，对工业制造业的发展具有重要的意义[4]。所以将工业机器人技术应用于激光切割技术，研发出激光切割工业机器人符合当前工业的发展趋势，也具有重要的现实意义。
在工业机器人的研究和设计过程中，机器人的运动学和动力学系统的有关理论与应用一直是研究人员关注的重点内容。开展机器人动力学研究的主要目的在于：一方面有助于改善机器人控制系统工作的稳定性和控制精度；另一方面有助于实现机器人本体结构设计的动力学优化 ，或对既有机器人结构做动力学特性的评估和检验。 机器人动力学分析的主要目的是用于对尚在设计中的和现有的机器人机械本体结构做运动学和动力学方面的合理性评估，以及用于改善机器人运动控制的品质，并进而实现动态控制。通过动力学仿真对机器人本体结构进行优化是近几年才提出来的，且越来越引起人们的注意。目前，在机器人机构的设计中，如运动系统各种参数 (尺寸、质 量、惯量) 以及执行驱动元件的选择常常是基于经验，而缺乏系统的设计方法。因此，对于实际应用的机器人机构，很多参数的选择及马达功率的确定往往是过大的，这从能量耗损和操作速度的观点来看不是最优的。因此，研究对于机器人机构最优的准则也是十分重要的[5]。
1.2三维激光切割设备的分类及特点
三维激光切割设备一般分类为两种:传统的悬臂龙门式和机器人手臂式。
悬臂龙门式的三维切割设备,通过偏置头和轴可以实现五轴联动，X、Y、Z轴可以进行快速移动，且可以到达很精细的加工精度。但体积较大，不够灵活[2-2]。
机器人手臂式的三维激光切割设备，主要是通过多自由度机械手,实现多轴联动加工相比机床式，但它的自由度更高，且平台较小，不易加工较大工件。通过实现六轴联动，可以在空间复杂曲面进行切割加工[2-3]。
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