外文翻譯--末端執(zhí)行器技術(shù)

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附錄 外文文獻(xiàn)及翻譯 作 者 名 阿維德森 國 籍 瑞典 原文出處 國外專利文獻(xiàn) ) of is a of of so of is of of to At of of is so at is to a To be to of of is of of of is an is an it is a it is to a of in of in a is on of of by of of In of of of is to to In of a of of is by of ''''to no is in In is of of On of in is of is in of is of of in s is by is in of is to is to of in is in he is of of in of or of C a. is to be is as of so A t of is of is of of is to in to of of is as so of of to of is In to of of is in or of s be by to a be by or by A is is to to is '' s of is is on to is by 997, e he of as in on a a of A is of m of RA of - it at of is to be 20 ° in on is RH of of of of of to of of in of of of on of of a by to of as dc is to to of a of of a a a a of to In to of S of RU M ( of AL of N (is by to By a dc of by of to a by in to a to to of is t up in of in is 末端執(zhí)行器技術(shù) 末端執(zhí)行器 是典型的機(jī)電一體化裝置，它綜合運(yùn)用了機(jī)械與精密機(jī)械、微電子與計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制與驅(qū)動(dòng)、傳感器與信息處理以及人工智能等多學(xué)科的最新研究成果，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和各行各業(yè)對自動(dòng)化程度要求的提高，機(jī)器人技術(shù)得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的機(jī)器人產(chǎn)品。機(jī)器人產(chǎn)品的實(shí)用化，既解決了許多單靠人力難以解決的實(shí)際問題，又促進(jìn)了工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)程。目前，由于機(jī)器人的研制和開 發(fā)涉及多方面的技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開發(fā)和研制的成本普遍較高，在某種程度上限制了該項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，因此，研制經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用化、高可靠性機(jī)器人系統(tǒng)具有廣泛的社會現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 由于我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和城市化的快速發(fā)展，城市污水排放量增長很快，污水處理己經(jīng)擺在了人們的議事日程上來。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類知識水平的提高，人們越來越認(rèn)識到污水處理的重要性和迫切性，科學(xué)家和研究人員發(fā)現(xiàn)塑料制品在水中是用于污水處理的很有效的污泥菌群的附著體。塑料制品的大量需求，使得塑料制品生產(chǎn)的自動(dòng)化和高效率要求成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然。 綜述近 幾 年機(jī)器人技術(shù)研究和發(fā)展的狀況，在充分發(fā)揮機(jī)、電、軟、硬件各自特點(diǎn)和優(yōu)勢互補(bǔ)的基礎(chǔ)上，對物料抓取機(jī)械手整體機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)裝置和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，提出了一套經(jīng)濟(jì)型設(shè)計(jì)方案。采用直角坐標(biāo)和關(guān)節(jié)坐標(biāo)相結(jié)合的框架式機(jī)械結(jié)構(gòu)形式，這種方式能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作靈活性。傳動(dòng)裝置的作用是將驅(qū)動(dòng)元件的動(dòng)力傳遞給機(jī)器人機(jī)械手相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)各種必要的運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)方式上采用結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大的蝸輪蝸桿傳動(dòng)和將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的螺旋傳動(dòng)。機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往受到作業(yè)環(huán)境條件的限制，同時(shí) 也要考慮價(jià)格因素的影響以及能夠達(dá)到的技術(shù)水平。由于步進(jìn)電機(jī)能夠直接接收數(shù)字量，響應(yīng)速度快而且工作可靠并無累積誤差，常用作數(shù)字控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力元件，因此，在驅(qū)動(dòng)裝置中采用由步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成的開環(huán)控制方式，這種方式既能滿足控制精度的要求，又能達(dá)到經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用化目的，在此基礎(chǔ)上，對步進(jìn)電機(jī)的功率計(jì)一算及選型問題經(jīng)行了分析。 在完成機(jī)械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對物料抓取機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是路徑規(guī)劃和軌跡控制的基礎(chǔ)，對操作臂進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆問題的分析可以完成操作空間位置和速度向驅(qū)動(dòng)空間 的映射，采用齊次坐標(biāo)變換法得到了操作臂末端位置和姿態(tài)隨關(guān)節(jié)夾角之間的變換關(guān)系，采用幾何法分析了操作臂的逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程求解問題，對控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。機(jī)器人動(dòng)力學(xué)是研究物體的運(yùn)動(dòng)和作用力之間的關(guān)系的科學(xué)，研究的目的是為了滿足是實(shí)時(shí)性控制的需要，本文采用牛頓 算出了關(guān)節(jié)力和關(guān)節(jié)力矩，為步進(jìn)電機(jī)的選型和動(dòng)力學(xué)分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論依據(jù)。 控制部分是整個(gè)物料抓取機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵和核心，它在結(jié)構(gòu)和功能上的劃分和實(shí)現(xiàn)直接關(guān)系到機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用性，也影響和制 約機(jī)械手系統(tǒng)的研制成本和開發(fā)周期。在控制主機(jī)的選用上，采用結(jié)構(gòu)緊湊、擴(kuò)展功能強(qiáng)和可靠性高的 業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為主機(jī)，配以 主要承擔(dān)系統(tǒng)功能初始化、數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及故障診斷等功能 ;同時(shí)對的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、功能原理和其高定位功能等給與了分析。硬件是整個(gè)控制系統(tǒng)以及極限位置功能賴以存在的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件則是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，軟件設(shè)計(jì)的目的是以最優(yōu)的方式將各部分功能有機(jī)的結(jié)合起來，使系統(tǒng)具有較高的運(yùn)行效率和較強(qiáng)的可靠性。在物料抓取機(jī)械手軟件的設(shè)計(jì)上，采用的是模塊化結(jié)構(gòu) ，分為系統(tǒng)初始化模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和故障狀態(tài)檢測與處理等幾部分。主控計(jì)算機(jī)和各控制單元之間全部由 聯(lián)系，并且由該卡實(shí)現(xiàn)抗干擾等問題，減少外部信號對系統(tǒng)的影響。 步進(jìn)電機(jī)的啟停頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其最高運(yùn)行頻率，為了提高工作效率，需要步進(jìn)電機(jī)高速運(yùn)行并快速啟停時(shí)，必須考慮它的升，降速控制問題。電機(jī)的升降速控制可以歸結(jié)為以某種合理的力一式控制發(fā)送到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖頻率，這可由硬件實(shí)現(xiàn)，也可由軟件方法來實(shí)現(xiàn)。本文提出了一種算法簡單、易于實(shí)現(xiàn)、理論意義明確的步進(jìn)電機(jī)變速控制策略 :定時(shí)器常量修改變速控制方案 。該方法能使步進(jìn)電機(jī)加速度與其力矩 —— 頻率曲線較好地?cái)M合，從而提高變速效率。而且它的計(jì)算量比線性加速度變速和基于指數(shù)規(guī)律加速度的變速控制小得多。通過實(shí)驗(yàn)證明了該方法的有效性。 1997 年，日本宇宙事業(yè)開發(fā)團(tuán)（ 射的技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星 最早演示驗(yàn)證自主在軌捕獲技術(shù)的空間機(jī)器人系統(tǒng)， 在 跟蹤星上搭載一大一小兩套機(jī)械臂。一套是 制的長度為 2m，具有 6 個(gè)自由度的機(jī)械臂 它裝有單自由度的末端執(zhí)行器，用于操作具有標(biāo)準(zhǔn)捕獲接口的 可更換單元等設(shè)備， 三個(gè) 末端執(zhí)行器 呈 120° 角設(shè)置在支撐平臺的周邊上 ；另一套是通產(chǎn)省研制的先進(jìn)機(jī)械手 5 自由度的機(jī)械臂和帶有三指：拇指、食指、中指的多傳感器末端執(zhí)行器組成，三指靈巧手的手指機(jī)構(gòu)各關(guān)節(jié)通過運(yùn)動(dòng)副彼此相連，由于只含轉(zhuǎn)動(dòng)副的手指靈巧性比較好，因此，多指靈巧手的運(yùn)動(dòng)副全部采用轉(zhuǎn)動(dòng)副；多指靈巧手的手掌可以增加對物體的約束，其抓取和操作的適應(yīng)性都比較好，同時(shí)考慮到驅(qū)動(dòng)元件的布置，采取了有手掌的靈巧手結(jié)構(gòu)，而手掌的具體結(jié)構(gòu)取決于電機(jī)的布置及傳動(dòng)裝置的形式。目前大多數(shù)靈巧手采用了電驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng) 和液壓驅(qū)動(dòng)的方式，只有少數(shù)的靈巧手采用了 動(dòng)、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)和可伸縮性聚合體驅(qū)動(dòng)等新型驅(qū)動(dòng)技術(shù)。由于電驅(qū)動(dòng)方式具有控制方便，成本低，技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用了直流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)部件。傳動(dòng)系統(tǒng)是多指靈巧手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。繩索傳動(dòng)方式仿效人手的驅(qū)動(dòng)原理并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離的運(yùn)動(dòng)和力的傳遞，可以滿足手指的結(jié)構(gòu)要求。本設(shè)計(jì)采用了繩索加滑輪的傳動(dòng)方式，每個(gè)手指 3 個(gè)關(guān)節(jié)的遠(yuǎn)距離驅(qū)動(dòng)，都采用 6 根軟索實(shí)現(xiàn)。 三指多傳感器末端執(zhí)行器上裝有五種傳感器，包括一臺攝像機(jī)、三個(gè)接近覺傳感器、一對夾持力傳感器、一個(gè)柔順傳感器 和一個(gè)力 /力矩傳感器，具備高度的可靠性和自主能力。手爪能夠完成燃料加注、更換電池、浮游物體、螺釘?shù)臄Q緊和松開等精密抓取和操作任務(wù)。 最后，對論文主要研究內(nèi)容和取得的技術(shù)成果進(jìn)行了總結(jié)，提出了存在的問題和不足，同時(shí)對機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了展望。