关节转矩降低三维冗余的平面机械手(有出处)--中英文翻译.doc

毕业设计(论文)外文资料翻译 系 别： 机电信息系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学 号： 外文出处：Faculty of Electrical and computerEngineering,University of Tehran,P.O. (有英文原文，加我Q1985639755；也可自己下载)附 件： 1. 原文； 2. 译文 关节转矩降低三维冗余的平面机械手1.研究中心在吉隆坡50603马来西亚大学应用电子科，马来西亚;电子邮件:mahmoudum.edu.my。2.电气和计算机工程学院,德黑兰大学,邮政信箱14399 - 57131。3.电气与电子工程系：马来西亚诺丁汉大学,道路Broga,Semenyih43500；马来西亚;电子邮件:haider.abbasnottingham.edu.my。摘要 研究机器人机械手关节力矩的还原已经受到近年来相当多的关注。其可以减少计算复杂度的扭矩，优化计算能力的大小使关节力矩准确地将结果体现在在一个安全的操作,没有超载的联合执行机构。本文提出：机械设计的三维平面冗余机械手，利用数目的减少确定需要控制关节角，领先在机械手的重量的减少。 许多的努力都集中在减少机械手的重量,如使用轻量级关节设计或设置执行器在机械手的基础和使用肌腱的动力传递到这些关节。通过本文的设计，只有三个电动机需要控制任何n度自由在一个三维平面冗余机械手臂代替n电机自由。因此，这个设计是为了减少机器人的重量以及一些非常有效的需要控制的机械手电机。在本文中，所有的关节力矩提出了计算该机械手（三个马达）和传统的三维平面机械手（有一个电机，每个自由度）来显示，机械手的有效性提出减少的重量和机械手驱动关节磨损最小化。关键词：冗余机械手;动力学;机器人;旋转编码器;减少关节磨损 1 介绍从理论上讲，对于一个机器人机械手的结构可以安装在每个环节通过减速器驱动下一个链接，但执行机构和减速器安装在末端成为负载执行机构安装在近端结束的机械手,导致一个笨重的超重系统1。为了减轻重量和机器人惯性，到目前为止，机制已经提出去除重量的限制。一些报道2，3包括：（一）轻量级联合设计基于一个特殊的旋转接头(4 - 6) （二）在一个滑块底部承受尽可能多的所需驱动力7 （三）并行机制是另一种方法来减少质量和惯性的机械手8 一个典型的机并联械手是由一个移动平台与固定座连接，一般说,自由度的数目与并联机械手的四肢的数量相等。该驱动器通常是安装在基地附近,这有助于减少机器人的惯性。 （四）浓度的致动器在每个接头的基础和动力传输通过肌键的一个特殊的传动机构2、3、9。这种机制允许执行机构是位于远程操作器上的基地,使机械手做的更轻和紧凑。对于一系列机械手,直接运动学是相当简单的,而逆运动学变得非常困难。参考10提出了一种融合智能传感器网络估计了工业机器人运动学,同时参考11措施范围的数据关于机器人基础构架使用机器人正运动学和光学三角测量原理。逆运动学问题是更有趣的是和它的解决方案是更有用的,但是遇到的问题之一逆运动学是当机械手是冗余的,预计的逆运动学有无穷多组解。这意味着,对于一个给定位置的机械手的端部执行器,就有可能诱发一个自动的结构而不改变位置的端部执行器。在本文中,我们依靠我们现有的作品12,13,提出一个新的方法来解决三元的平面冗余机械手臂的多解问题。由于本文阐述了机械手的动态而不是他的运动学，逆运动学方法将无法解释这里。关于逆运动学冗余机械手的更多细节,我们的作品14可以检查。这是前面提到的,该机械手可以用来减少的重量，机械手收益率下降用于控制机械手的电机。在降低动电动机的反力矩上显示了该机械手的有效性，对动态的机械手进行了数学计算。逆动态模型提供了在术语的关节磨损的关节位置、速度和加速度。为机器人设计,逆动态模型是用来计算执行机构的扭矩,以获得所需的运动17。几种方法已经提出的动力学模型。最常用于机器人的拉格朗日公式和牛顿欧拉公式。由于拉格朗日公式在概念上很简单,系统18,它被用在这里。拉格朗日公式提供了一个描述联合执行机构之间的关系力量和运动的机制,在系统里从根本上操作动能和势能。本文的工作是基于先前的工作14,呈现了一个机械设计一个三维平面冗余机械手,保证减少重量的机械手通过减少需要控制汽车的数量的机械手。因为逆运动学模型提供了一个无限数量的解决方案为冗余机械手,因此,二次性能标准可以优化17,如避免奇异构型和最小化驱动关节力矩。参考14研究了本文的机械手运动学和显示在细节能够避免奇异的配置能力。可操纵性指数数值和可操纵性椭圆体的机械手是由索引值的可操纵性和彪马的可操纵性椭圆体手臂显示使用的有效性提出了机械手,以避免奇异机械手。在本文中,对机械手的动力学,进行了详细解释。这个工作的贡献是解释该机械手的关节力矩极小化的能力。研究了该链接和电机的质量分布(三个马达)和传统的机械手(汽车)。驱动关节磨损研究提出的机械手各关节和结果，与传统的机械手结果比较表明该机械手的有效性的最小化为驱动关节磨损。2 机械手的机械设计控制运动图1显示的机械手的末端执行器的运动（一）,所有的汽车机械手应受控制。例如,控制五个环节平面冗余机械手能够旋转整个机械手在其垂直轴的能力,六个马达(五发动机各关节角和一个电动机旋转整个机械手在其垂直轴)应该控制的机械手。使用该方法的论文12,13,配置的机械手将有三个角度控制代替n角度。图1(b)显示了配置机械手在只有三个角度时,需要控制。因为末端可以遵循任何想要的路径通过控制三个角度(1,2和3),因此,不使用电动机为每个关节角,三个汽车可以用于的控制机械手。这意味着对于任何数量的自由度三维平面冗余的权重,链接的重量将会明显降低使用提出的设计。让能够移动的机械手在三维工作空间,一个马达控制的价值的意味着控制整个机械手的旋转围绕垂直轴。这个电机坐落在这样旋转底部的机械手在z轴 。第二个电动机控制2的值,这意味着整个机械手的旋转与它的配置。这个电动机位于该基地。第三个电动机控制3的价值,这种电动机位于第一个链接。 这种电动机将旋转臂的第二个链接关于第二轴,因为所有的下一个链接应该对他们的轴旋转相同的角3。因此,没有必要使用电动机为每个关节角,但第二电机的旋转将被转移到下一个关节使用齿轮箱。图2显示了该机械手的机构。图1 (一)三维平面冗余机械手配置;(b)三维平面冗余机械手配置使用方法12,13。 图2 用于实验的机械手14。草案操纵者利用SolidWorks软件(左)。机械设计的机械手(右)。 进一步阐述,第二马达连接到第一个链接使用一个蜗轮控制角2。图3显示了第二电动机的位置。 图3 第二个关节角的设计(第一个链接与第二电动机)14。利用SolidWorks软件的二关节节角草案(左)。第二个关节角的机械设计(右)。第三个马达连接到第二个链接使用一个蜗轮因为同样的原因是使用第一个链接。 控制第三汽车意味着控制角之间的第一个和第二个链接即链接。,3角度。图4显示了第三电动机的位置。 图4 第三关节角机械手的设计(第二个链接与第三电动机)14。草案第三关节角利用SolidWorks软件(左上角)。利用SolidWorks软件对整个机械手的草案(右上)。第三个关节角度的机械设计(底部)。 第三连杆的机构，如图5所示。相同的机制的第二个链接使用;唯一的区别是,而不是使用年代蠕虫作为驱动的齿轮为驱动,使用两个锥齿轮。第三连杆的相同机制可用于下一个链接。最后的链接有机制如图6所示。为进一步的细节的机械设计的机械手,我们参考14可以检查。 图5 第四关节的角度设计（第三个链接）的机械手14。草案第四关节角利用SolidWorks软件(左上角) 。草案整个机械手利用SolidWorks软件(右上)。机械设计的第四关节角(底部)。图6 机械手的上接头。 确保所有的链接而运动的关节角,锥齿轮之间的比例每个行星齿轮应该等于一。这意味着锥齿轮的每个行星齿轮应该有相同的直径和数量的牙齿。如果这手臂是固定的,我们得到: 5