機械手機器人外文翻譯-水下機器人的理論和設(shè)計問題【中文3150字】【PDF+中文WORD】,中文3150字,PDF+中文WORD,機械手,機器人,外文,翻譯,水下,理論,設(shè)計,問題,中文,3150,PDF,WORD 【中文3150字】 國際控制會議，儀器儀表和機電工程（CIM'07） Johor Bahru，Johor,，Malaysia，5月28-29,2007 ? 水下機器人的理論和設(shè)計問題 Irfan Abd Rahman,Surina Mat Suboh, Mohd Rizal Arshad 馬來西亞理科大學(xué) 摘要 在本文中，我們將討論水下機械手設(shè)計的理論和實現(xiàn)面臨的問題。這是以前的研究人員在工作中提取的信息的方法。本文介紹了一些建模參數(shù)，這是通常包含在水下機器人的外觀設(shè)計，增加質(zhì)量，增加科里奧利力，阻力和浮力。模擬所有這些參數(shù)使用MATLAB通過修改一些運行代碼，是由彼得·柯克通過他的機器人工具箱完成的。通過對一個土地基礎(chǔ)的設(shè)計和水下機械手的設(shè)計進行了比較， 作為水下機械手需要執(zhí)行其工作添加參數(shù)，指出增加轉(zhuǎn)矩要求做出類似的運動關(guān)節(jié)鏈接。在本文中，我們使用了彪馬560配置，這作為我們的手動工具的機器人工具箱內(nèi)部生成的。本文給出了提高和改進的下一個方向。? 1．介紹 探索海洋已經(jīng)成為一個新興的研究領(lǐng)域，由于許多資源位于深海之下。深?？碧浇o人類帶來了不同的挑戰(zhàn)，因為人類不能夠承受一些嚴酷的條件，因此為了避免在深海中的人為因素干預(yù)，機器人的研究已進入深海。當前熱門的研究領(lǐng)域主要集中在AUV（自主水下載具）的開發(fā)和部署。AUV的一些應(yīng)用程序能讓水下機器人操縱自己進入深海。這將消除人類被暴露在危險環(huán)境中的水下勘探,包括檢查。水下機器人配備了照相機來執(zhí)行其檢查周圍覆蓋面積。預(yù)計水下AUV將在未來取代人類從事海洋探險，并在減小危險中起到至關(guān)重要的作用。 機械手的設(shè)計和應(yīng)用是深入到另一個領(lǐng)域的研究,將使機器人復(fù)制人類的手臂和手的功能。各個實用的應(yīng)用程序已被研究如擰緊裝配零件等。機械手的設(shè)計通常由它能夠執(zhí)行或“操縱”本身的度數(shù)決定,或換句話說是DOF(自由度)。自由度是指機械手擁有的基本關(guān)節(jié)的數(shù)量。機械手的自由度數(shù)字越高意味著移動更加靈活。接頭可以分為兩種不同的類型：棱柱和回轉(zhuǎn)。柱狀關(guān)節(jié)使關(guān)節(jié)平移運動而轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)可以使關(guān)節(jié)做旋轉(zhuǎn)運動。 水下機器人機械手系統(tǒng)（UVMS）在機器人研究界得到普及，因為它提供了水下機器人更大的靈活性和更廣泛的應(yīng)用。更多的應(yīng)用程序使以前需要制導(dǎo)武器的人由更靈巧的機械手取代。操縱器能夠執(zhí)行各種任務(wù)，如從海床，鉆床拿起對象，加入零件和零件的組裝都配備了水下機器人。由于這樣的事實，即它必須考慮水下存在的流體力學(xué)，更好的設(shè)計與使用現(xiàn)存的機械手是唯一可能的事。 水下機器人機械手系統(tǒng)在感興趣的研究者中構(gòu)成了不同的挑戰(zhàn)。這包括增加的質(zhì)量，浮力，阻力和摩擦。由于從流體動力學(xué)添加效應(yīng)，這將改變機械手的動力學(xué)。 這篇文章的目的是討論一些包括裝備水下車輛與機械手的設(shè)計問題。本文著重給出了對五個方面的設(shè)計標準：自由度、工作區(qū)范圍、末端執(zhí)行器的最大速度和可重復(fù)性、操縱器的精度。在本文中,我們進行了模擬以顯示水下機械手和表面機械手的區(qū)別，包括水動力效應(yīng)的機械手的動態(tài)功能。在這個測試中我們使用6自由度的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)對配置的所有復(fù)制末端執(zhí)行器進行定位。所有的連接參數(shù)被正確地指定，如力矩的慣性張量、重力齒輪比和摩擦。 在參數(shù)模擬時改變質(zhì)量變化的參數(shù)，也可聯(lián)系浮力變化。利用機器人工具箱函數(shù)對MATLAB的工作區(qū)所有的模擬進行了研究。比較著重于轉(zhuǎn)矩要求，以實現(xiàn)水下和表面機械手操作之間的位置的分配。通過使用逆動態(tài)算法牛頓歐拉法的遞歸得到的扭矩，基于關(guān)節(jié)的位置、速度和加速度計算出扭矩。通過公正的分析和模擬受到流體動力學(xué)影響的水下機械手的運動結(jié)論變化的多少，從而保證在水下機械手的設(shè)計中對這一因素有足夠的考慮。通過利用電源模擬，我們能夠觀察到由于流體力學(xué)，我們的扭矩值等某些參數(shù)的變化的效果。這將確保機械手一個更好的設(shè)計。 2.?設(shè)計考慮 水下機器人機械手系統(tǒng)在感興趣的研究者中構(gòu)成了不同的挑戰(zhàn)是由于，事實上，它研究的流體力學(xué)存在于水下。在本文中注重的是對五個方面的設(shè)計：自由度、工作區(qū)范圍內(nèi)、承載能力、末端器最大速度和重復(fù)性、操縱器準確性。除此之外，了解動態(tài)運動的機械手的運動學(xué)是非常重要的。運動學(xué)是不考慮導(dǎo)致運動的力的研究。機械手的運動涉及幾何的研究和基于時間的運動屬性，特別是如何移動各個環(huán)節(jié)，并隨著時間的推移相互對應(yīng)。在機械手的路徑規(guī)劃中，更多的是使用逆運動學(xué)的解決方案，使關(guān)節(jié)角度達到指定的末端執(zhí)行器的所需位置。該解決方案是關(guān)于Denavit-Hartenberg表示法確定聯(lián)合鏈接參數(shù)。機械手動力學(xué)涉及運動方程，機械手動作響應(yīng)扭矩應(yīng)用的執(zhí)行機構(gòu)或外力。N-軸運動的操縱器一般方程為： 如果附加質(zhì)量、浮力、液壓阻力和摩擦水下機械手的動態(tài)參數(shù)都會增加，當機器人在水下移動時，額外的力和力矩系數(shù)也會添加，圍繞機器人的流體必然會促進機器人有效質(zhì)量變化。這些系數(shù)是額外的（虛擬）的質(zhì)量，由于力系數(shù)線性和角加速度增加如轉(zhuǎn)動慣量和交叉耦合項等。水下具有n關(guān)節(jié)的機械手的運動方程如下： 其中?q是關(guān)節(jié)角的位置，M是慣性矩陣，C為科氏力，離心力，G代表重力包括浮力的影響，F(xiàn)是摩擦條件，D是機械手相對海流和海浪的速度造成的液壓阻力，τ是向量，這實際上是應(yīng)用關(guān)節(jié)力矩控制輸入。 2.1?DOF（自由度） 操縱器可以在3-D空間中執(zhí)行的獨立的運動的的數(shù)目被稱為自由度的數(shù)量。機械手臂可以提供多個自由度,下面的圖1展示的是先進的卡夫遙控機器人捕食者7。機械臂基本上有兩種類型的運動：平移和旋轉(zhuǎn)。即表示沿三個垂直軸直線運動，通過三軸指定主體的位置和角的旋轉(zhuǎn)運動及繞主體的旋轉(zhuǎn)方向。自由度由該機械手的任務(wù)決定。一個常見的設(shè)計策略是基于三自由度實現(xiàn)任意位置，并添加在一個3自由度球面手腕上以實現(xiàn)任意方向的運動。手頭的任務(wù)通常并不需要一個完整的6 - DOF，例如：任務(wù)對象表現(xiàn)出對稱時，或在沒有工作區(qū)中的障礙，或簡單的任務(wù)時，涉及有限的運動方向。很顯然設(shè)計最低自由度的操縱實現(xiàn)任務(wù)是最佳的。這將減少成本、簡化分析。大部分的商業(yè)水下機器人在水下航行器做安裝操作。其中一些只設(shè)計很少的自由度，因為車輛本身也有它自己的自由度。然而，JASON有一個通用的六自由度機械手。圖2顯示了JASON的機械臂。 ? 圖1：卡夫?遙操作機器人系統(tǒng)?“捕食者”-7 ? ? 圖2：JASON的機械臂 2.2工作范圍 一個機械手的工作空間被定義為一個操縱器的工作區(qū)中的空間體積，在該空間機械手是能夠找到它的末端。因此，在這種分析中工作區(qū)是指在周圍的水下。有時需要考慮工作區(qū)的形狀。　機械手的工作空間的特征是機械接頭限制除了配置、鏈接長度和數(shù)量以外的機械手的自由度。被指定工作區(qū)存在或不存在的解決方案屬于逆運動學(xué)問題。通過原點的端部區(qū)域，可以達到至少一個方向的效應(yīng)子被稱為可達工作空間（RWS）。如果工作空間中的一個點只在一個方向可以達到，末端器的可操作性是非常差，只用一個固定的方向是不可能符合任何實際工作要求的。因此，它必須找到可以達到在一個以上的方向的點工作區(qū)。末端可以達到每點所有的方向的空間被稱為靈巧工作區(qū)（DWS），如果一個特定的機械手可確定構(gòu)成，沒有解決方案，這種配置被稱為“奇異”。分為奇異性的邊界和或內(nèi)部的奇點。對應(yīng)于這些奇異點代表在工作區(qū)中的奇異表面的表面補丁。因為奇異的表面是移動操縱器的不可能的前端沿，無論選擇哪個關(guān)節(jié)率，它們是操作期間應(yīng)被避免。任何位于一個奇異表面上的點都將具有零可操作性。 2.3承載能力 電動機的大小、關(guān)節(jié)和鏈接的結(jié)構(gòu)完整性決定了機器人的負載。對于相同的結(jié)構(gòu)完整水平，作為工作區(qū)的體積增大，有效載荷能力會下降。 2.4?末端執(zhí)行器的最大速度 機械手比單純自動化或人工可以實現(xiàn)更快、更可行地完成任務(wù)。周期時間是達到一個完整的移動花費的時間，是一個與速度有關(guān)的函數(shù)，而且還可能與加速在加速和減速階段有關(guān)。因此，加速能力也是重要的。 2.5可重復(fù)性和準確性 這是任何機器人的關(guān)鍵性能之一。構(gòu)建具有高精度和重復(fù)性的機器人是昂貴的，需要更嚴格的鏈接，更嚴格的公差，位置傳感，建模等。目標應(yīng)該是任務(wù)所需要的最小精度和可重復(fù)性。外部傳感，特別是力感應(yīng)，在很多減少所需的水平或準確性的任務(wù)中是一種有效手段。這也仍然是一個活躍的研究領(lǐng)域。