【機(jī)械類畢業(yè)論文中英文對(duì)照文獻(xiàn)翻譯】6自由度的SCARA操縱器的設(shè)計(jì)構(gòu)造和控制,機(jī)械類畢業(yè)論文中英文對(duì)照文獻(xiàn)翻譯,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,自由度,scara,操縱,設(shè)計(jì),構(gòu)造,以及,控制,節(jié)制 附錄1：外文翻譯 6自由度的SCARA操縱器的設(shè)計(jì)構(gòu)造和控制 Claudio Urrea?, Juan Cortés, José Pascal 應(yīng)用研究與技術(shù)學(xué)報(bào)14（2016）396-404 摘要：提出了具有6自由度（DOF）的機(jī)器人操縱器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，它構(gòu)成了可以測(cè)試和研究各種控制技術(shù)的物理平臺(tái)。 機(jī)器人具有機(jī)械，電子和控制系統(tǒng)，為其設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的直觀圖形界面允許用戶輕松地命令該機(jī)器人并為其生成軌跡。 實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)工作需要將電子，微控制器編程，MatLab / Simulink編程，控制系統(tǒng)，PC和微控制器之間的通信，機(jī)械，組裝等方面的知識(shí)整合在一起。 關(guān)鍵詞：機(jī)器人系統(tǒng); 工業(yè)機(jī)器人;SCARA; 設(shè)計(jì); 控制系統(tǒng) 1.介紹 在過(guò)去的幾十年中，機(jī)器人技術(shù)在過(guò)程自動(dòng)化方面發(fā)揮了非常重要的作用，機(jī)器人操縱者在幾個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域的發(fā)展中起著主導(dǎo)作用。 如今，工業(yè)機(jī)器人被用于各種任務(wù)的自動(dòng)化，例如組裝，轉(zhuǎn)移材料，各種焊接，材料的精密切割，碼垛，涂裝，遠(yuǎn)程外科手術(shù)等許多可能的應(yīng)用（López，Castelán，Castro ，Pe?na，＆Osorio，2013; Siqueira，Terra，＆Bergerman，2011）。 通常，工業(yè)機(jī)器人被用于執(zhí)行重復(fù)的作業(yè)和/或需要精確度和人難以達(dá)到的速度。 這使得有可能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率（Ben-Gharbia，Maciejewski，＆Roberts，2014; Urrea＆Kern，2014）。 因此，工業(yè)機(jī)器人越來(lái)越多地用于現(xiàn)代和自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程以及危險(xiǎn)應(yīng)用中，其使用明顯是合理的。 另一方面，工業(yè)機(jī)器人每天可以在許多小時(shí)內(nèi)執(zhí)行任務(wù)，而不會(huì)因?yàn)槟壳案叨劝l(fā)達(dá)和強(qiáng)大的設(shè)備而不會(huì)失敗而變得疲勞或者失去精度或有效性。 因此，要了解，研究，改進(jìn)，重編程和適應(yīng)這些系統(tǒng)到不同的場(chǎng)景是必要的，所以用戶可以盡可能地從中獲益（Gómezet al。，2014; Siciliano＆Khatib，2008; Urrea＆Kern，2014）。 目前的工作源于迫切需要有實(shí)際的平臺(tái)進(jìn)行科學(xué)研究和相應(yīng)的驗(yàn)證。 除了提出和驗(yàn)證新的控制系統(tǒng)之外，實(shí)現(xiàn)具有6自由度的機(jī)器人操縱器允許改進(jìn)工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)。 因此，本文介紹了具有SCARA1配置的機(jī)器人的設(shè)計(jì)和構(gòu)造過(guò)程，在當(dāng)今行業(yè)有很大的應(yīng)用（Urrea＆Kern，2012）。 2.先進(jìn)的技術(shù) 2.1 工業(yè)機(jī)器人 有各種類型的機(jī)器人，這取決于它們的物理配置可以分為多種聯(lián)合的，移動(dòng)的，zoomorphic的，android和混合的。 在許多關(guān)聯(lián)類中，我們有像圖1所示的工業(yè)機(jī)器人（Adept - SCARA機(jī)器人，n.d.）。 工業(yè)機(jī)器人可以被認(rèn)為是對(duì)應(yīng)于機(jī)械手或機(jī)械臂，終端執(zhí)行器，電動(dòng)機(jī)元件或致動(dòng)器，信息傳感器和控制器的一組集成子系統(tǒng) SCARA操縱器具有精度和速度穩(wěn)定工作所必需的功能（Yamazaki，2014）。由于這個(gè)原因，它們被廣泛應(yīng)用于工業(yè)裝配任務(wù)（Wang，Liu，Wei，Xu，Zhang，2014）。已經(jīng)為這些機(jī)器人開發(fā)了不同的應(yīng)用，例如，Wang等人（2014）設(shè)計(jì)了一個(gè)帶有雙CPU的控制系統(tǒng)，其中基于C ++（ROBOOP）中的Robotics Object Oriented Package實(shí)現(xiàn)了逆運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。此外，Surapong和Mitsantisuk（2016）使用SCARA機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)干擾觀測(cè)器（DOB），而不是力傳感器來(lái)控制位置并估計(jì)外力。另一方面，在Jo和Cheol（2001）中，模糊滑?？刂破鞅辉O(shè)計(jì)用于改進(jìn)快速操作中的特征以及這種類型的控制器的換向效應(yīng)。該算法通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）在SCARA機(jī)器人中實(shí)現(xiàn)。同樣，使用類似特征的機(jī)器人，Rossomando和Soria（2016）實(shí)現(xiàn)了一種自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂破鱽?lái)補(bǔ)償機(jī)器人的動(dòng)態(tài)變化。此外，Prajumkhaiy和Mitsantisuk（2016）提出了一種補(bǔ)償SCARA操縱器中的摩擦力的方法，以減少產(chǎn)生的熱量，從而防止在操作期間機(jī)器人損壞，從而延長(zhǎng)工作時(shí)間。最后，Bruzzone和Bozzini（2011）進(jìn)行了一項(xiàng)研究，旨在提高這種機(jī)器人機(jī)器人的能量效率。 2.2機(jī)器人控制 機(jī)器人控制的目的是向關(guān)節(jié)發(fā)送控制信號(hào)，使機(jī)器人遵循指定的軌跡。已經(jīng)開發(fā)了許多具有不同特性和復(fù)雜性的控制算法?，F(xiàn)在列舉了一些在閉環(huán)方案下運(yùn)行的機(jī)器人操縱器的聯(lián)合控制策略：解耦接頭控制，計(jì)算扭矩，自適應(yīng)控制，增益調(diào)度或增益規(guī)劃，自適應(yīng)計(jì)算控制器參考模型，自適應(yīng)計(jì)算對(duì)控制器，力控制，魯棒控制，學(xué)習(xí)控制等。在列出的控制策略中，本文中使用的控制策略對(duì)應(yīng)于解耦控制，因?yàn)槲覀冎皇侵荚隍?yàn)證這個(gè)新設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的機(jī)器人的正確功能。這種控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來(lái)相當(dāng)簡(jiǎn)單，因?yàn)樗豢紤]機(jī)器人關(guān)節(jié)之間產(chǎn)生的擾動(dòng)，即每個(gè)關(guān)節(jié)通過(guò)一個(gè)PID控制器每個(gè)關(guān)節(jié)以獨(dú)立的方式來(lái)控制每個(gè)關(guān)節(jié)。 PID控制器本質(zhì)上嘗試糾正產(chǎn)生錯(cuò)誤的擾動(dòng)，這必須被抵消（Siqueira等，2011; Urrea＆Kern，2014）。該控制器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于三個(gè)項(xiàng)的和的控制信號(hào)：項(xiàng)P與誤差成比例，項(xiàng)I與誤差的積分成正比，項(xiàng)D與誤差的導(dǎo)數(shù)成正比。以下公式描述了這種類型的控制器： e = ys p- y，其中u是控制信號(hào)，e是控制誤差，ys是設(shè)定值，y是測(cè)量過(guò)程變量（實(shí)際值）。 控制器的參數(shù)是比例增益K，積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td。 在表1中，顯示了SCARA操縱器中使用的控制器的參數(shù)值 3.一般設(shè)計(jì) 3.1 完整的系統(tǒng) 與使用MatLab / Simulink軟件（Mathworks，n.d.）的PC控制器進(jìn)行通信的SCARA操縱器被設(shè)計(jì)和構(gòu)建（Southern Plantaids Pvt.Ltd，n.d.）。 由于機(jī)器人和PC控制器必須彼此交互，所以還開發(fā)出能執(zhí)行任務(wù)的電子接口，從而構(gòu)成兩部分之間的鏈接。 系統(tǒng)的總體圖如圖2所示 3.2 機(jī)器人 用于建造這種機(jī)器人的材料是用于固定部件（基座等）的鋼和用于移動(dòng)部件（棱柱形接頭等）的鋁。 該機(jī)器人采用SCARA物理配置。 最初，這個(gè)機(jī)器人有一個(gè)RRP2配置加一個(gè)終端執(zhí)行器，其中添加了兩個(gè)關(guān)節(jié)和一個(gè)夾具，由于其在當(dāng)前行業(yè)中的代表性，所選擇的RRPRRP配置被選擇。 圖3顯示了機(jī)器人的設(shè)計(jì)和尺寸。 對(duì)于前三個(gè)自由度（R1，R2和P3），電機(jī)的理想特點(diǎn)是： - 帶永久磁鐵的直流電機(jī) - 帶集成行星齒輪的齒輪箱 - 齒輪比在1/150到1/100之間 - 12 VDC額定電壓 - 在停止的轉(zhuǎn)子的輸出軸上沒有運(yùn)動(dòng) 選定的電機(jī)對(duì)應(yīng)于直流電機(jī)，齒輪箱包含軸旋轉(zhuǎn)到90°，12 VDC，轉(zhuǎn)子停止時(shí)輸出軸的運(yùn)動(dòng)有限。 這些電機(jī)主要是由于其扭矩/尺寸比，供電方式和全國(guó)市場(chǎng)的可用性。 在表2中，示出了這些電動(dòng)機(jī)的機(jī)械和電氣特征。 這些電機(jī)通過(guò)來(lái)自廢棄打印機(jī)的光學(xué)增量雙通道編碼器反饋到位。 這種傳感器具有迷你電子卡，用于通過(guò)使用達(dá)爾文輪轉(zhuǎn)動(dòng)接頭和通過(guò)用于棱柱形接頭的直帶來(lái)感測(cè)角度位置。 因此，實(shí)現(xiàn)用于控制機(jī)器人關(guān)節(jié)的各種策略成為可能。 對(duì)于接下來(lái)的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度（R4和R5），優(yōu)勢(shì)在于小型重量和大扭矩HITEC數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)。機(jī)器人（P6）的最后一個(gè)執(zhí)行器是負(fù)責(zé)打開和關(guān)閉夾具的執(zhí)行器。對(duì)于此動(dòng)作，還使用HITEC數(shù)字伺服電機(jī)，其從連接到力傳感器的電路獲得外部夾緊力反饋。表3列出了這些伺服電機(jī)的特點(diǎn)。圖4示出了機(jī)器人操縱器中使用的四個(gè)傳感器：兩個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器傳感器（SR-1和SR-2），線性編碼器傳感器（SP-3）和FlexiForce力傳感器（SF-4）。 傳感器SR-1和SR-2的工作范圍通過(guò)基座和R1和R2接頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)限制在270°的作業(yè)角度。在線性傳感器SP-3的情況下，在設(shè)計(jì)階段，考慮到其預(yù)期用途，認(rèn)為300mm的長(zhǎng)度足以用于該機(jī)器人。另一方面，F(xiàn)lexiForce力傳感器（盡管是模擬）被編程為設(shè)置為0至15的固定值，這些電平與夾具施加在被保持物體上的夾緊力成比例。 該機(jī)器人的工作空間基本上是圓柱形的，盡管在這種特殊情況下，它非常接近心形（圖5）。 機(jī)器人占據(jù)的這個(gè)氣缸/心形直徑約為一米，高度為30厘米。 3.3 電子設(shè)計(jì)與接口 3.3.1 一般說(shuō)明 電子接口是機(jī)器人與PC控制器之間的鏈接，如圖6所示。它的目的是提供將PC控制器的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為執(zhí)行器的信號(hào)所需的驅(qū)動(dòng)器，并轉(zhuǎn)換信號(hào) 將機(jī)器人的傳感器從數(shù)字傳送到PC控制器。 信息通過(guò)串行端口使用RS-232協(xié)議發(fā)送。 為了簡(jiǎn)化此接口的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，考慮了三種系統(tǒng)：通信板，傳感器板和執(zhí)行器板。 這三個(gè)板被包含在一個(gè)單一的盒子中，如圖7所示。另外，它們是相互連接的，不由直流電機(jī)和機(jī)器人的伺服電動(dòng)機(jī)的相同的電源驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行電連接。 以這種方式，避免了可能導(dǎo)致電子接口操作不良導(dǎo)致的電噪聲或干擾的可能問題。 數(shù)字電子設(shè)備中使用的技術(shù)是CMOS3，特別是HC系列，由于其優(yōu)于其他較老技術(shù)，如速度，抗噪聲能力，能耗等優(yōu)點(diǎn)。用于實(shí)現(xiàn)接口驅(qū)動(dòng)的微控制器是PIC16F628A，因?yàn)樗哂卸喾N功能，降低了價(jià)格。 另一方面，由于需要輸入/輸出的數(shù)量，所以在通信系統(tǒng)中使用PIC18F25020控制器。 總而言之，該系統(tǒng)具有四個(gè)傳感器和六個(gè)執(zhí)行器。 此外，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了具有允許通信信號(hào)調(diào)節(jié)的電子和微控制器的驅(qū)動(dòng)器。 兩個(gè)微控制器用于簡(jiǎn)化接口中通信的編程：一個(gè)專門用于處理傳感器卡的數(shù)據(jù)總線并將數(shù)據(jù)句發(fā)送到PC控制器; 另一個(gè)專用于從PC控制器接收數(shù)據(jù)句柄并處理執(zhí)行器卡的數(shù)據(jù)總線。 放置在R1，R2和P3接頭中的直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器通過(guò)集成在硬件上的PWM模塊的匯編語(yǔ)言編程的PIC16F628A微控制器上實(shí)現(xiàn)。 3.3.2 按界面進(jìn)行初始化 該界面允許對(duì)機(jī)器人進(jìn)行初始化，而無(wú)需連接到PC控制器。 每次開啟接口時(shí)執(zhí)行此初始化是必須的。 初始化包括將機(jī)器人定位在預(yù)定位置，然后傳感器的驅(qū)動(dòng)器使用與該位置對(duì)應(yīng)的角度和距離值。 這是必要的，因?yàn)榫幋a器是增量的，因此它們不提供絕對(duì)位置，而是提供相對(duì)于初始值的遞增或遞減位置。 初始化例程是一個(gè)順序的過(guò)程，基本上由以下時(shí)間順序列出的八個(gè)步驟組成： 1.松開傳感器的驅(qū)動(dòng)器 2.打開夾具 3.將關(guān)節(jié)R5定位在0° 4.將接點(diǎn)R4定位在0° 5.將棱柱形接頭P3的距離提高到0 mm 6.將接頭R1移動(dòng)到135° .................... 附錄2：外文原文