【機(jī)械類畢業(yè)論文中英文對(duì)照文獻(xiàn)翻譯】ResQuake：遠(yuǎn)程操作救援機(jī)器人【PDF英文11頁(yè)word中文翻譯3633字7頁(yè)】【有出處】

【機(jī)械類畢業(yè)論文中英文對(duì)照文獻(xiàn)翻譯】ResQuake：遠(yuǎn)程操作救援機(jī)器人【PDF英文11頁(yè)word中文翻譯3633字7頁(yè)】【有出處】,機(jī)械類畢業(yè)論文中英文對(duì)照文獻(xiàn)翻譯,PDF英文11頁(yè),word中文翻譯3633字7頁(yè),有出處,機(jī)械類,畢業(yè)論文,中英文,對(duì)照,對(duì)比,比照,文獻(xiàn),翻譯,resquake,遠(yuǎn)程,操作,救援,救濟(jì),營(yíng)救,機(jī)器人 附件1：外文資料翻譯譯文 ResQuake：遠(yuǎn)程操作救援機(jī)器人 ResQuake作為一種遠(yuǎn)程操作救援機(jī)器人，它的設(shè)計(jì)程序以及對(duì)其動(dòng)態(tài)分析，生產(chǎn)過(guò)程，控制系統(tǒng)，防滑性能改進(jìn)等一直被人們所探討。人們首先要探討的問(wèn)題是規(guī)定機(jī)器人要完成的總?cè)蝿?wù)以及組成機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)的各種機(jī)構(gòu)。選擇適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)、幾何尺寸、對(duì)質(zhì)量進(jìn)行定性分析以形成系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型。其次是對(duì)每個(gè)構(gòu)建的強(qiáng)度進(jìn)行分析以最終定型并提出機(jī)構(gòu)模型。接著對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，該控制系統(tǒng)包括用作主處理器的操作者的電腦以及安裝在機(jī)器人身上作為從處理器的便攜式電腦。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試確定并驗(yàn)證軌道滑移系數(shù)，以改善系統(tǒng)的跟蹤性能。 ResQuake已經(jīng)參加幾個(gè)救援機(jī)器人聯(lián)賽。 關(guān)鍵詞：移動(dòng)機(jī)器人，遠(yuǎn)程操作，運(yùn)動(dòng)機(jī)制，控制結(jié)構(gòu)，滑移估計(jì) 1 引言 由一個(gè)或多個(gè)操縱器平臺(tái)組成的移動(dòng)操縱型機(jī)器人有無(wú)限的工作空間。因此，各種行走，輪式，履帶式和飛行系統(tǒng)已被提出并成功地付諸實(shí)踐。這種系統(tǒng)被廣泛用于消防，林業(yè)，排爆，有毒廢物清理，運(yùn)輸材料，空間軌道維護(hù)等會(huì)危機(jī)到人類健康安全的領(lǐng)域 [1]。因此，可以預(yù)計(jì)，不管是自動(dòng)運(yùn)行的還是遠(yuǎn)程操作的移動(dòng)機(jī)器，都將會(huì)在人類生活的各個(gè)不同領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。但是，在移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)中，基于作用于反作用原理，動(dòng)力會(huì)影響到基座與操縱器的運(yùn)動(dòng)。因此，運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)態(tài)，以及對(duì)這些系統(tǒng)的控制已經(jīng)得到了廣泛的研究關(guān)注[2-5]。 地震是一種會(huì)威脅人類生命的自然事件。主震之后的余震會(huì)造成二次坍塌， 這會(huì)危及搜救人員的生命。為了盡量降低救援人員的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)增加受害人生存機(jī)率，開發(fā)出一種能相互協(xié)作的機(jī)器救援隊(duì)不失為一種好的選擇。該種機(jī)器人及其操作者的任務(wù)是找到受害者并確定他們的情況，然后匯報(bào)目標(biāo)在建筑物地圖上的方位[6,7]。這消息，會(huì)立即被發(fā)送至人類救援隊(duì)。對(duì)救援機(jī)器人的進(jìn)一步預(yù)期，如能夠自主搜索倒塌建筑物，發(fā)現(xiàn)受害者和確定他們的環(huán)境，為幸存者提供生活用品和通信工具和布設(shè)傳感器(聲，熱，地震等)正處于課題研究中。然而，救援機(jī)器人的基本能力是它們?cè)谠馐芷茐牡貐^(qū)的機(jī)動(dòng)性,這完全依賴于它們的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和它們的維度。到目前為止已經(jīng)設(shè)計(jì)并生產(chǎn)了各救援機(jī)器人[8,9]。 本文對(duì)Khaje Nasir Toosi大學(xué)（KNTU）的ResQuake項(xiàng)目進(jìn)行了直觀的描述，如圖1所示。首先對(duì)移動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行詳細(xì)介紹，并確定系統(tǒng)尺寸和相關(guān)參數(shù)。然后是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行探討，并提出對(duì)每個(gè)機(jī)構(gòu)部件應(yīng)力分析問(wèn)題。接著是敘述機(jī)器人控制系統(tǒng)。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試確定并驗(yàn)證軌道滑移系數(shù)，以改善系統(tǒng)的跟蹤性能。ResQuake有著友好的人機(jī)操作界面，它在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境、不光滑的路徑，甚至是在爬樓梯時(shí)都有很強(qiáng)的移動(dòng)能力。它的性能已被如下事實(shí)證明：在2005年日本大阪機(jī)器人世界杯救援機(jī)器人聯(lián)賽中取得第二個(gè)最佳設(shè)計(jì)獎(jiǎng)，2006年在德國(guó)不來(lái)梅機(jī)器人世界杯足球賽中取得最佳操作界面獎(jiǎng)，以及2008年在中國(guó)蘇州機(jī)器人杯大賽中取得第二個(gè)最佳移動(dòng)獎(jiǎng)。 圖1 ResQuake在不同的環(huán)境中運(yùn)動(dòng)：(左)折疊路徑,(右)爬上不平斜坡可擴(kuò)展軌跡 2 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 以移動(dòng)形式劃分，搜救機(jī)器人主要有三類，即輪式，履帶式和行走機(jī)器人。輪式機(jī)器人，可以在搜索平坦的區(qū)域時(shí)使用。由于動(dòng)力簡(jiǎn)單，開發(fā)這些自動(dòng)系統(tǒng)相對(duì)容易。輪式機(jī)器人還能夠攀爬高度比車輪小的障礙物。履帶式機(jī)器人由于具有在崎嶇不平的地形上移動(dòng)的超強(qiáng)能力而得到廣泛使用。圖2展示了輪式和履帶式系統(tǒng)面臨著同樣的障礙（樓梯）。可以看出，相對(duì)較小的履帶式機(jī)器人具有相同的越障能力。 圖2 兩種運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)遇到相同障礙物 行走機(jī)器人通常具有高自由度(DOFs)，故而具有高機(jī)動(dòng)性。因此，這種系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型及其穩(wěn)定性要比前者復(fù)雜的多。此外，這種系統(tǒng)的運(yùn)行需要大量的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器，所以他們的控制系統(tǒng)更昂貴。還應(yīng)該提到的是兩輪和行走機(jī)構(gòu)相結(jié)合的方式，這保留了兩個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，而且避免了它們的缺點(diǎn)[10]。在輪式-行走混合機(jī)構(gòu)中，輪式機(jī)構(gòu)可以支撐行走機(jī)構(gòu)的重量，而行走機(jī)構(gòu)可以在崎嶇的地形上移動(dòng)機(jī)器人。 不僅僅是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)類型，救援機(jī)器人的尺寸也是一個(gè)重要的問(wèn)題。在一個(gè)遭受破壞的室內(nèi)環(huán)境中，可能存在一些例如倒塌的墻壁或天花板一類的一般系統(tǒng)不能輕易通過(guò)的障礙。在這種情況下，機(jī)器人必須在障礙物之間尋找一條其他的路徑而不是爬過(guò)他們，這無(wú)疑取決于它的大小。一個(gè)相對(duì)較小的機(jī)器人能夠輕易地通過(guò)一條狹窄通道并繼續(xù)搜索。應(yīng)當(dāng)指出，樓梯是室內(nèi)環(huán)境的一個(gè)不可分割的一部分。不管樓梯破壞與否，救援機(jī)器人都應(yīng)該有能力上下樓梯以搜查整個(gè)地區(qū)。 為了在這兩個(gè)矛盾之間進(jìn)行折衷，人們提出了一種具有高機(jī)動(dòng)性的小機(jī)器人，履帶式機(jī)構(gòu)已經(jīng)被應(yīng)用于ResQuake的研制。這種機(jī)制包括一個(gè)主體(基座)和兩個(gè)可擴(kuò)展履帶(臂)。這一布置使機(jī)器人能根據(jù)它遇到的障礙調(diào)整自身大小。因此，相應(yīng)的，履帶應(yīng)該有一個(gè)最小長(zhǎng)度以防止失去平衡，并且能夠在沒(méi)有額外震動(dòng)的情況下能在連續(xù)的樓梯上穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)，如圖3(a)所示,。另一方面,長(zhǎng)的履帶,例如那些簡(jiǎn)單的履帶機(jī)器人需要一個(gè)較大的區(qū)域進(jìn)行拐彎,如圖3(b)，這在遭受破壞的環(huán)境中很難滿足這一條件。 圖3 (a)履帶式機(jī)器人最小長(zhǎng)度 (b)簡(jiǎn)單的履帶式機(jī)器人最小拐彎半徑 2.1 可擴(kuò)展履帶(臂) 圖4中顯示的結(jié)構(gòu),使得機(jī)器人可以擴(kuò)大它的履帶長(zhǎng)度以便通過(guò)障礙。另一方面,當(dāng)機(jī)器人在穿過(guò)狹窄的通道以及需要較小體積時(shí)，其前端可以折疊。這也有助于減少轉(zhuǎn)彎半徑。最初的想法是在折疊工作臂上，以克服上述矛盾。 這個(gè)概念已經(jīng)改進(jìn)了在兩邊都有一對(duì)工作臂的車輛，如圖4(b) 所示，用折疊臂來(lái)減少機(jī)器人的長(zhǎng)度或擴(kuò)大其他長(zhǎng)度來(lái)滿足其他要求。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使得機(jī)器人在前進(jìn)和后退時(shí)運(yùn)動(dòng)相似，這一布置便于在受限空間內(nèi)轉(zhuǎn)彎。 其次，工作臂被布置在同一平面內(nèi)以降低機(jī)器人寬度(圖5 (b))。最后，為了在工作臂折疊時(shí)使用額外的區(qū)域空間，在每個(gè)臂中安裝了連接件(圖5 (b))。因此,機(jī)器人兩邊的履帶都能伸展成三個(gè)平行層面,這提供了更有效的牽引力。 圖4 (a)前端履帶初步設(shè)計(jì) (b)具有兩對(duì)臂的改進(jìn)設(shè)計(jì) (前端和后端) 圖5（a）使履帶共線以減少機(jī)器人寬度 (b)履帶最終結(jié)構(gòu) 在系統(tǒng)中添加四個(gè)獨(dú)立的（主動(dòng)）關(guān)節(jié)會(huì)增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)量從而增加系統(tǒng)的總價(jià)格。因此，人們用行星齒輪系來(lái)簡(jiǎn)化每個(gè)臂上主連接件到次連接件的功率傳輸。每個(gè)臂上的兩個(gè)的旋轉(zhuǎn)是相互獨(dú)立的。通過(guò)分析兩個(gè)臂的輪廓可以得出齒輪傳動(dòng)比；（i）完全伸展（ii）完全折疊，這樣，在那些具有兩個(gè)輪廓的預(yù)期平面上的臂就可以運(yùn)動(dòng)(圖6)。 圖6 臂的運(yùn)動(dòng)軌跡 如圖6所示，當(dāng)工作臂的主體部分旋轉(zhuǎn)∏/ 2rad時(shí)，從屬部分的旋轉(zhuǎn)角度應(yīng)該超過(guò)∏rad。具備這一性能的齒輪系應(yīng)該是一個(gè)行星變速箱。第一個(gè)工作臂的主體部分在行星輪系中起著工作臂的作用，其動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)直接提供。太陽(yáng)輪連接在機(jī)器人上的主體之上，行星輪連接到在工作臂的從屬結(jié)構(gòu)上。一對(duì)中間齒輪安裝在太陽(yáng)輪和行星輪之間，該處齒輪的直徑不得超過(guò)履帶主輪直徑這一閾值（圖7）。這一機(jī)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是工作臂的兩個(gè)連接點(diǎn)處的中心距離在旋轉(zhuǎn)時(shí)將保持不變。這使得我們能夠補(bǔ)償主履帶和裝有另一履帶的工作臂之間的間隙。這種履帶的作用是將履帶主體部分上的動(dòng)力傳遞至工作臂上的從屬履帶上。 圖7 個(gè)行星傳動(dòng)鏈 斜齒輪由于剛度大且齒輪輪齒強(qiáng)度相比于直齒圓柱齒輪來(lái)說(shuō)更強(qiáng)而被用在行星齒輪系中[11,12]。臂的角速度應(yīng)低于2至4轉(zhuǎn)每分鐘，而電機(jī)的輸出速度為3000轉(zhuǎn)每分鐘。因此電機(jī)與連桿之間的速比約為1000。三級(jí)行星齒輪變速箱這以組合結(jié)構(gòu)的每一級(jí)的比率皆為3：1 (推定直角在角速度相對(duì)較大電機(jī)軸處）的比例。傳動(dòng)比為30:1的蝸輪系為受限空間提供了理想的傳動(dòng)比（圖8）。機(jī)器人的兩側(cè)履帶都是直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 圖8 最終設(shè)計(jì)的布置 2.2 履帶 移動(dòng)系統(tǒng)的牽引力在很大程度上依賴于機(jī)器人行走時(shí)履帶表面與接觸面之間的摩擦。因此履帶部件的材料和形狀就顯得尤為重要[13]。另一方面履帶應(yīng)該承受適當(dāng)?shù)膹埦o力。設(shè)計(jì)的履帶由兩個(gè)主要部件組成。鏈齒結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)提供了足夠的張緊力,由乳膠做成的齒形零部件則補(bǔ)償了鏈與接觸面之間的隙，從而得到所需的摩擦力。通過(guò)用長(zhǎng)銷釘替換標(biāo)準(zhǔn)鏈中的銷釘對(duì)金屬鏈進(jìn)行了修正。圖9展示了修正后的鏈以及履齒是如何安裝在這些銷釘上的。 當(dāng)系統(tǒng)需要快速機(jī)動(dòng)的穿過(guò)或是爬過(guò)某個(gè)斜坡時(shí)，產(chǎn)生了一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，那就是由于基座運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的不穩(wěn)定性及傾覆[14]。懸架結(jié)構(gòu)具備兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。 懸架系統(tǒng)包括主體上的兩個(gè)表面，并將它們通過(guò)回轉(zhuǎn)副連接起來(lái)（圖9）。一對(duì)線性彈簧限制了旋轉(zhuǎn)角度，同時(shí)使得該系統(tǒng)在未受到額外施加的作用力時(shí)保持理想姿勢(shì)。在此指出一點(diǎn)，該系統(tǒng)不需要使用減震器，因?yàn)樽鳛檗D(zhuǎn)動(dòng)副的滑動(dòng)軸承產(chǎn)生的摩擦力足以限制彈簧的額外震動(dòng)。 圖9 上圖：安裝在鏈上的乳膠零件；下圖：懸掛系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 2.3 最終尺寸 移動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后開始進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)。一些諸如金屬鏈和行星輪一類的零件作為標(biāo)準(zhǔn)間很容易得到，所以其他零件的尺寸應(yīng)該與它們相匹配。除此之外，在計(jì)算時(shí)必須考慮機(jī)器人的整體尺寸和齒輪系的公式。由于大量的方程式共同決定著參數(shù)，人工計(jì)算無(wú)法得到最優(yōu)解。所以可以通過(guò)MATLAB來(lái)解方程得出最優(yōu)解。該過(guò)程需要考慮的尺寸列在圖10和表1中。 圖10 主要的長(zhǎng)度確定其他維度 表1尺寸參數(shù)的機(jī)器人 … …