外文翻譯--末端執(zhí)行器技術

附錄 外文文獻及翻譯 作 者 名 阿維德森 國 籍 瑞典 原文出處 國外專利文獻 ) 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 末端執(zhí)行器 是典型的機電一體化裝置，它綜合運用了機械與精密機械、微電子與計算機、自動控制與驅(qū)動、傳感器與信息處理以及人工智能等多學科的最新研究成果，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和各行各業(yè)對自動化程度要求的提高，機器人技術得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的機器人產(chǎn)品。機器人產(chǎn)品的實用化，既解決了許多單靠人力難以解決的實際問題，又促進了工業(yè)自動化的進程。目前，由于機器人的研制和開 發(fā)涉及多方面的技術，系統(tǒng)結構復雜，開發(fā)和研制的成本普遍較高，在某種程度上限制了該項技術的廣泛應用，因此，研制經(jīng)濟型、實用化、高可靠性機器人系統(tǒng)具有廣泛的社會現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值。 由于我國經(jīng)濟建設和城市化的快速發(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。隨著科學技術的發(fā)展和人類知識水平的提高，人們越來越認識到污水處理的重要性和迫切性，科學家和研究人員發(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)的自動化和高效率要求成為經(jīng)濟發(fā)展的必然。 綜述近 幾 年機器人技術研究和發(fā)展的狀況，在充分發(fā)揮機、電、軟、硬件各自特點和優(yōu)勢互補的基礎上，對物料抓取機械手整體機械結構、傳動系統(tǒng)、驅(qū)動裝置和控制系統(tǒng)進行了分析和設計，提出了一套經(jīng)濟型設計方案。采用直角坐標和關節(jié)坐標相結合的框架式機械結構形式，這種方式能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作靈活性。傳動裝置的作用是將驅(qū)動元件的動力傳遞給機器人機械手相應的執(zhí)行機構，以實現(xiàn)各種必要的運動，傳動方式上采用結構緊湊、傳動比大的蝸輪蝸桿傳動和將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的螺旋傳動。機械手驅(qū)動系統(tǒng)的設計往往受到作業(yè)環(huán)境條件的限制，同時 也要考慮價格因素的影響以及能夠達到的技術水平。由于步進電機能夠直接接收數(shù)字量，響應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)動機構的動力元件，因此，在驅(qū)動裝置中采用由步進電機構成的開環(huán)控制方式，這種方式既能滿足控制精度的要求，又能達到經(jīng)濟性、實用化目的，在此基礎上，對步進電機的功率計一算及選型問題經(jīng)行了分析。 在完成機械結構和驅(qū)動系統(tǒng)設計的基礎上，對物料抓取機械手運動學和動力學進行了分析。運動學分析是路徑規(guī)劃和軌跡控制的基礎，對操作臂進行了運動學正、逆問題的分析可以完成操作空間位置和速度向驅(qū)動空間 的映射，采用齊次坐標變換法得到了操作臂末端位置和姿態(tài)隨關節(jié)夾角之間的變換關系，采用幾何法分析了操作臂的逆向運動學方程求解問題，對控制系統(tǒng)設計提供了理論依據(jù)。機器人動力學是研究物體的運動和作用力之間的關系的科學，研究的目的是為了滿足是實時性控制的需要，本文采用牛頓 算出了關節(jié)力和關節(jié)力矩，為步進電機的選型和動力學分析與結構優(yōu)化提供理論依據(jù)。 控制部分是整個物料抓取機械手系統(tǒng)設計關鍵和核心，它在結構和功能上的劃分和實現(xiàn)直接關系到機器人系統(tǒng)的可靠性、實用性，也影響和制 約機械手系統(tǒng)的研制成本和開發(fā)周期。在控制主機的選用上，采用結構緊湊、擴展功能強和可靠性高的 業(yè)控制計算機作為主機，配以 主要承擔系統(tǒng)功能初始化、數(shù)據(jù)運算與處理、步進電機驅(qū)動以及故障診斷等功能 ;同時對的結構特點、功能原理和其高定位功能等給與了分析。硬件是整個控制系統(tǒng)以及極限位置功能賴以存在的物質(zhì)基礎，軟件則是計算機控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，軟件設計的目的是以最優(yōu)的方式將各部分功能有機的結合起來，使系統(tǒng)具有較高的運行效率和較強的可靠性。在物料抓取機械手軟件的設計上，采用的是模塊化結構 ，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。主控計算機和各控制單元之間全部由 聯(lián)系，并且由該卡實現(xiàn)抗干擾等問題，減少外部信號對系統(tǒng)的影響。 步進電機的啟停頻率遠遠小于其最高運行頻率，為了提高工作效率，需要步進電機高速運行并快速啟停時，必須考慮它的升，降速控制問題。電機的升降速控制可以歸結為以某種合理的力一式控制發(fā)送到步進電機驅(qū)動器的脈沖頻率，這可由硬件實現(xiàn)，也可由軟件方法來實現(xiàn)。本文提出了一種算法簡單、易于實現(xiàn)、理論意義明確的步進電機變速控制策略 :定時器常量修改變速控制方案 。該方法能使步進電機加速度與其力矩 頻率曲線較好地擬合，從而提高變速效率。而且它的計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。通過實驗證明了該方法的有效性。 1997 年，日本宇宙事業(yè)開發(fā)團（ 射的技術試驗衛(wèi)星 最早演示驗證自主在軌捕獲技術的空間機器人系統(tǒng)， 在 跟蹤星上搭載一大一小兩套機械臂。一套是 制的長度為 2m，具有 6 個自由度的機械臂 它裝有單自由度的末端執(zhí)行器，用于操作具有標準捕獲接口的 可更換單元等設備， 三個 末端執(zhí)行器 呈 120° 角設置在支撐平臺的周邊上 ；另一套是通產(chǎn)省研制的先進機械手 5 自由度的機械臂和帶有三指：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構各關節(jié)通過運動副彼此相連，由于只含轉(zhuǎn)動副的手指靈巧性比較好，因此，多指靈巧手的運動副全部采用轉(zhuǎn)動副；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性都比較好，同時考慮到驅(qū)動元件的布置，采取了有手掌的靈巧手結構，而手掌的具體結構取決于電機的布置及傳動裝置的形式。目前大多數(shù)靈巧手采用了電驅(qū)動、氣壓驅(qū)動 和液壓驅(qū)動的方式，只有少數(shù)的靈巧手采用了 動、壓電陶瓷驅(qū)動和可伸縮性聚合體驅(qū)動等新型驅(qū)動技術。由于電驅(qū)動方式具有控制方便，成本低，技術成熟等優(yōu)點，本設計選用了直流伺服電機作為驅(qū)動部件。傳動系統(tǒng)是多指靈巧手結構設計的難點。繩索傳動方式仿效人手的驅(qū)動原理并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離的運動和力的傳遞，可以滿足手指的結構要求。本設計采用了繩索加滑輪的傳動方式，每個手指 3 個關節(jié)的遠距離驅(qū)動，都采用 6 根軟索實現(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、三個接近覺傳感器、一對夾持力傳感器、一個柔順傳感器 和一個力 /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。 最后，對論文主要研究內(nèi)容和取得的技術成果進行了總結，提出了存在的問題和不足，同時對機器人技術的發(fā)展和應用進行了展望。