機(jī)械專業(yè)外文文獻(xiàn)翻譯-外文翻譯--獨(dú)立動(dòng)力單臂機(jī)器人 中文版

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南京 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )外文資料翻譯 系 部： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 外文出處： 620112 附 件： 指導(dǎo)教師評(píng)語： 該生的外文翻譯基本正確， 沒有嚴(yán)重的語法或拼寫錯(cuò)誤， 已達(dá)到本科畢業(yè)的水平。 簽名： 年 月 日 注： 請(qǐng)將該封面與附件裝訂成冊(cè)。 (用外文寫 ) 附件 1：外文資料翻譯譯文 獨(dú)立 動(dòng)力 單臂機(jī)器人 摘要： 本文介紹了獨(dú)立動(dòng)力的平面單臂機(jī)器人的構(gòu)思和初步結(jié)果。機(jī)器人二個(gè)自由度由液壓油驅(qū)動(dòng)，一個(gè)臂控制。它運(yùn)用的是液壓反推裝置，一種能精確的提供高 壓，工作臺(tái)面寬度一般并且阻抗力很小的控力裝置。這些裝置安裝在機(jī)器人的身體部位，用電纜將能量傳送到臀部和腿的關(guān)節(jié)處。液壓發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)著一個(gè)排量恒定的給蓄電池增壓的泵。因?yàn)橛玫氖蔷€性譯碼器，每個(gè)反推裝置的絕對(duì)位置和彈簧的壓縮都可測(cè)量的。彈簧壓縮量轉(zhuǎn)化為輸出力，利用軟件使用循環(huán)算法把控制力與需要的力相比。輸出信號(hào)的每個(gè)力控制器驅(qū)動(dòng)著高性能的伺服閥門，控制著液體流向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的活塞。 在設(shè)計(jì)機(jī)器人過程中，我們用了以模擬為基礎(chǔ)的重復(fù)多次的設(shè)計(jì)方法。初步概算的機(jī)器人的物理參數(shù)是基于以往的經(jīng)驗(yàn)并且形體上更逼真的機(jī)器人的仿真模 型。其次，控制算法模擬出它在平面上的跳躍。從模擬中的關(guān)節(jié)的能源要求和移動(dòng)范圍，我們?cè)俜赐瞥鲂枰幕喌闹睆?，活塞的直徑，行程，液壓，伺服閥門的流量和帶寬，齒輪泵的額定流量和發(fā)動(dòng)機(jī)功率。符合或超過技術(shù)要求的零件被選出來集成到機(jī)器人里去，運(yùn)用 件，我們計(jì)算出設(shè)計(jì)的機(jī)器人的物理參數(shù)，將它們代替先開始用 算出來的數(shù)據(jù)，然后生產(chǎn)出新的能源要求的連接器。我們不斷重復(fù)這些工作，最終得到了設(shè)計(jì)中的提到的已校正過的原型。 一般來說，除去體外的泵產(chǎn)生的力，在慣性作用下，機(jī)器人以大約 在試驗(yàn)臺(tái) 上，最終試驗(yàn)的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)加載到機(jī)器人實(shí)體上去。當(dāng)除去電力系統(tǒng)所產(chǎn)生的慣性力以后，機(jī)器人普遍以大約 s 的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。目前進(jìn)行的工作是把電力系統(tǒng)集中到機(jī)器人本身，總結(jié)出控制的方法，研究出提高工作效率的方法。 1. 介紹 實(shí)用機(jī)械手因?yàn)閯?dòng)力平衡要求，復(fù)雜的設(shè)計(jì)和動(dòng)力系統(tǒng)等原因正在接受挑戰(zhàn)。為了研究動(dòng)力自主機(jī)械手，我們開發(fā)了一個(gè)高壓液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的雙缸發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的動(dòng)力自主機(jī)器人。這種機(jī)器人是一個(gè)平面機(jī)器人，由一個(gè)半徑 12 英尺的構(gòu)架限制表面范圍。它有 2個(gè)自由度，一個(gè)導(dǎo)桿和曲柄。液壓執(zhí)行裝置固定在機(jī)身上，通過鏈條 傳遞到導(dǎo)桿和曲柄。 單臂機(jī)器人被設(shè)計(jì)為一個(gè)適合多樣性技術(shù)的測(cè)試平臺(tái)，它包括： ·液壓彈性串聯(lián)執(zhí)行裝置 液壓執(zhí)行裝置要考慮到高準(zhǔn)確性 , 適度帶寬壓力控制，一些機(jī)器人利用彈性串聯(lián)執(zhí)行裝置 ,而單臂機(jī)器人是第一臺(tái)應(yīng)用液壓型執(zhí)行裝置的機(jī)器人 。 ·虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧 轉(zhuǎn)動(dòng)的支架定位經(jīng)常仿造在彈簧上 , 它表示轉(zhuǎn)動(dòng)效率取決于肌肉組織和筋（見參考文獻(xiàn) [4]）。為了加快效率和簡化控制，大多數(shù)機(jī)器人利用的是一個(gè)物理支管彈簧（見參考文獻(xiàn) [5]。單臂機(jī)器人是一個(gè)決定在轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器人中是否能用虛擬彈簧替代實(shí)體彈簧的測(cè)試平臺(tái)。 當(dāng)單臂機(jī)器人 完成試用，我們將模擬一個(gè)使用可控制的虛擬支撐彈簧。 ·彈性串聯(lián)執(zhí)行裝置的特性 如果在實(shí)體彈簧中沒有得到效率補(bǔ)償，機(jī)器人靈活的保持控制 , 彈簧彈回完全支配合成力。 ·高密度，移動(dòng)性，液壓動(dòng)力系統(tǒng) 為了使機(jī)器手臂更實(shí)用，必須要研制高動(dòng)力和高能量系統(tǒng)。燃油驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)是一個(gè)使人感興趣的選擇。然而，現(xiàn)在缺少輕便的解決方法，而且專家這方面的知識(shí)比腿部機(jī)器人的知識(shí)更加集中。單臂機(jī)器人是可以成為一個(gè)能給與其他機(jī)器人提供液壓發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展項(xiàng)目和測(cè)試平臺(tái) 。 在機(jī)器人的設(shè)計(jì)中 , 我們反復(fù)利用了個(gè)仿真設(shè)計(jì)程序。 我們以 各種不同的速度 和 不同的總數(shù)塊運(yùn)行了機(jī)械手 ， 現(xiàn)實(shí)模擬而且 得到 了 物理參數(shù)和 聯(lián)合轉(zhuǎn)力矩 、速度、和運(yùn)動(dòng)范圍要求。 使用這些 功率的聯(lián)合器 ,我們能夠計(jì)算 出 系統(tǒng)的壓力和流程需求 ，而且可以 選 出一些符合那些規(guī)格部件來 。然后 在 些 部件 連同機(jī)械手結(jié)構(gòu)一起 做成模型，得到的 新 的機(jī)械性能 被 加載到模型里進(jìn)行 模擬。 重復(fù) 這一個(gè)程序，直到原型設(shè)計(jì)成份選擇 出來 。 為了確定單臂機(jī)器人的電力需求，我們用 模擬實(shí)驗(yàn)中， 我們假設(shè)彈力腿部的回彈力為 0。這是一個(gè)非常保守的設(shè)定，因?yàn)橛涊d數(shù)據(jù)顯示奔跑的動(dòng)物和幾乎所有移動(dòng)機(jī)器人的彈力腿部的回彈力都很大。我們打算最后修改彈力腿部構(gòu)造的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在，先假設(shè)回彈力為 0，其一確保電力系統(tǒng)超過最終機(jī)器人所需的要求，其二因?yàn)閺椓ν炔渴潜容^難模擬的，我們要準(zhǔn)確的確定它提供哪種電力儲(chǔ)備系統(tǒng)。 我們總結(jié)了模擬機(jī)器人以 1），算法類似于 見參考文獻(xiàn) [5]）的三工位計(jì)算，但是稍做了修改。工步通過控制垂直方向 的上下速度進(jìn)行控制，而不是通過底部的彈簧片組的壓縮得到。因?yàn)閱伪蹤C(jī)器人的腿部彈簧是假設(shè)的，并且臀部和膝蓋的力是任意假設(shè)給定的，所以這完全有可能。相對(duì)來說，大多數(shù)可移動(dòng)機(jī)器人的腿部彈簧是真的并且規(guī)定了相應(yīng)的跳躍。 如果真實(shí)的速度比需要 達(dá)到 的速度更少，除了經(jīng)過腳安置控制向前的速度之外， 需要 增加一個(gè)速度控制機(jī) 延遲推進(jìn) 。 我們?cè)诟鞣N不同的身體塊 中做 模擬 以完善 機(jī)械手的設(shè)計(jì) 。 到目前為止 ，當(dāng) 輕量級(jí) (94 磅 ) 模擬 速度為 重量級(jí)的 模擬 速度只有 s。 圖 1表示 的是 94 磅 重的機(jī)器人 在 速度是 3.5 m/s 時(shí) 模擬賽跑的一個(gè) 截圖 。 在運(yùn)動(dòng)中，聯(lián)合關(guān)節(jié)處的轉(zhuǎn)力矩、速度和力量在一個(gè)完全的周期期間改變。 表 1顯示了 模擬奔跑 時(shí) 運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)力矩、速度、力量和范圍的最大 值 。 液壓 系統(tǒng) 的組成部分按照 聯(lián)合關(guān)節(jié)處 的力量數(shù) 據(jù)來選擇 。 表 1 模擬聯(lián)合 關(guān)節(jié)處以 最大速 度運(yùn)動(dòng)時(shí)的 力量 要求 最大臀部轉(zhuǎn)力矩 360 66 大膝轉(zhuǎn)力矩 360 63 大臀部速度 24 24 大膝速度 28 64 大臀部力 4450 W P 最大膝力 4205 W P 最大 總 力 6025 W P 平均力 1550 W P 最大臀部旋轉(zhuǎn) 7.3 大膝旋轉(zhuǎn) 3.7 在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)前，我們對(duì)于單臂機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)做一些設(shè)想。 圖 1 43公斤 (94磅 )單臂機(jī)器人 以 3.5 m/像 動(dòng)畫 圖像間隔 從 右向 左 運(yùn)動(dòng) 。 1) 假設(shè)動(dòng)力元件牢牢的裝在機(jī)器人的身體部位并且用電纜和滑輪機(jī)構(gòu)和關(guān)節(jié)處連接好。通過放置在機(jī)器人身體上的動(dòng)力元件（正如直接安置在機(jī)器人腿上的反推裝置），可以將機(jī)器人腿的質(zhì)量減到最小，并可以使它達(dá)到很 快的運(yùn)動(dòng)速度。 2) 假設(shè)動(dòng)力元件是線性的，而不是螺旋的。液壓直活塞相比螺旋液壓活塞更容易運(yùn)用，更便宜更輕。此外，用螺旋液壓活塞很難執(zhí)行連續(xù)的彈性沖擊。這是因?yàn)橄鄬?duì)于壓縮彈簧，扭彈簧性能很差，并且生產(chǎn)扭彈簧的過程很復(fù)雜。 圖 2表示的是單臂機(jī)器人的液壓循環(huán)圖。紅線表示的高壓供應(yīng)路線，藍(lán)線表示的低壓返回路線。恒量泵由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，給油箱外的低壓油增壓并使它們沖過各種障礙。如果流進(jìn)去，液體正常的通過一個(gè)節(jié)流閥，在這對(duì)蓄電池加壓。電腦控制著的電磁閥可以間隔的通過一個(gè)油液冷卻器阻止液體回流到油箱。 當(dāng)積聚 的力 已經(jīng)達(dá)成 被需要的最大值如一個(gè)壓力感應(yīng)器所測(cè)量的壓力 的 時(shí)候， 運(yùn)用并聯(lián)電路 。高壓力液體被儲(chǔ)存在 油箱 中，直到二個(gè)伺服 閥門 之 中任意一個(gè)啟動(dòng) 。如果壓力在積聚者中變成太高 ,一個(gè)壓力減輕 閥門 將會(huì)交替地把圖 2 單臂機(jī)器人的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 液壓油 轉(zhuǎn)移回到 油 庫。伺服 閥門 控制每個(gè)活塞的壓力和流 量 。 如活塞被循環(huán) ,回返 液體 經(jīng)過油冷卻器被送回到 油 庫 ,如此完成周期。 壓成分選擇 液壓 的系統(tǒng) 配置 相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn) 。 困難 在于在沒有設(shè)計(jì)說明書的情況下挑選出符合單臂機(jī)器人力量要求的組成部件，還要留下余量。 圖 3 是成份選擇程序的 示意圖 。 和活塞直徑 我們從模擬 中 為單腳架 估算 了運(yùn)動(dòng)的聯(lián)合轉(zhuǎn)力矩、速度和范圍 。 力量經(jīng)過 繞過 滑 輪 的鋼電纜被傳送到關(guān)節(jié)，而且這些鋼的電纜 由液壓 活塞 驅(qū)動(dòng) 。在選擇活塞和滑 輪 直徑方面，假定操作壓力 為 3000是一個(gè)廣泛承認(rèn)的 超高壓 標(biāo)準(zhǔn)。 當(dāng) 壓力 超過 3000 設(shè)備變成非常重 而且 貴。 考慮滑輪直徑的同時(shí)，還必須考慮電纜壽命。非常小的皮帶輪對(duì)鋼索會(huì)產(chǎn)生顯著的彎曲應(yīng)力，從而使電纜壽命退化。按照 電纜制造業(yè) 情況 ，滑 輪 直徑應(yīng)該是大約包 圍 在它周圍的 電纜的直徑 的 25 倍。 我們初步選擇了一個(gè)直徑 為 寸 的 電纜，因?yàn)樗臄嗔褟?qiáng)度（ 2000 磅） 差不多達(dá)到設(shè)計(jì) 要求。 根據(jù) 制造業(yè)者的 25X 因素 ,我們 得到了 一個(gè)直徑 為圖 3 成分選擇過程示意圖 的滑 輪。取整 數(shù) ,使用一個(gè)直徑 為 寸 的 滑 輪 。 用這 個(gè) 帶輪直徑和 3000算出扭矩 為 266英尺 件下的活塞直徑 是 寸 。 保守起見 ，選擇了活塞直徑為 意驅(qū)動(dòng)力（ 指電纜 力）為 324磅，少于額定強(qiáng)度電纜 2000磅。汽缸直徑為 擬產(chǎn)生的最大壓力和流速如表 2所示。 表 2 活塞 直徑 為 帶輪直徑為 大壓力 值 和 流量 最大臀部主動(dòng)器壓力 000 大膝主動(dòng)器壓力 000 大值髖舵機(jī)流速 m3/s 24.5 s) 最大值膝動(dòng)器流速 m3/s 23.8 s) 最大總動(dòng)器流速 m3/s 39.0 s) 平均流速 m3/s 12.1 s) 在 圓筒和滑 輪 直徑選擇 方面， 我們用了模擬模型為 單臂機(jī)器人 結(jié)束產(chǎn)生壓力和流程需求而且延長時(shí)間的時(shí)期。 從這個(gè)壓力和流量 的 數(shù)據(jù) 中 抽取了平均流量 、 洪峰流 量和 壓降。這方面的資料，用來選擇主要系統(tǒng)組件 ， 包括伺服閥 、 散熱器 、 蓄能器 、 齒輪泵 等 。 ……