【機械類畢業(yè)論文中英文對照文獻翻譯】6自由度的SCARA操縱器的設(shè)計構(gòu)造和控制

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Siciliano＆Khatib，2008; Urrea＆Kern，2014）。 目前的工作源于迫切需要有實際的平臺進行科學(xué)研究和相應(yīng)的驗證。 除了提出和驗證新的控制系統(tǒng)之外，實現(xiàn)具有6自由度的機器人操縱器允許改進工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)。 因此，本文介紹了具有SCARA1配置的機器人的設(shè)計和構(gòu)造過程，在當今行業(yè)有很大的應(yīng)用（Urrea＆Kern，2012）。 2.先進的技術(shù) 2.1 工業(yè)機器人 有各種類型的機器人，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)機器人（Adept - SCARA機器人，n.d.）。 工業(yè)機器人可以被認為是對應(yīng)于機械手或機械臂，終端執(zhí)行器，電動機元件或致動器，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)為這些機器人開發(fā)了不同的應(yīng)用，例如，Wang等人（2014）設(shè)計了一個帶有雙CPU的控制系統(tǒng)，其中基于C ++（ROBOOP）中的Robotics Object Oriented Package實現(xiàn)了逆運動學(xué)和動力學(xué)分析。此外，Surapong和Mitsantisuk（2016）使用SCARA機器人來實現(xiàn)干擾觀測器（DOB），而不是力傳感器來控制位置并估計外力。另一方面，在Jo和Cheol（2001）中，模糊滑?？刂破鞅辉O(shè)計用于改進快速操作中的特征以及這種類型的控制器的換向效應(yīng)。該算法通過數(shù)字信號處理器（DSP）在SCARA機器人中實現(xiàn)。同樣，使用類似特征的機器人，Rossomando和Soria（2016）實現(xiàn)了一種自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂破鱽硌a償機器人的動態(tài)變化。此外，Prajumkhaiy和Mitsantisuk（2016）提出了一種補償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器人損壞，從而延長工作時間。最后，Bruzzone和Bozzini（2011）進行了一項研究，旨在提高這種機器人機器人的能量效率。 2.2機器人控制 機器人控制的目的是向關(guān)節(jié)發(fā)送控制信號，使機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。現(xiàn)在列舉了一些在閉環(huán)方案下運行的機器人操縱器的聯(lián)合控制策略：解耦接頭控制，計算扭矩，自適應(yīng)控制，增益調(diào)度或增益規(guī)劃，自適應(yīng)計算控制器參考模型，自適應(yīng)計算對控制器，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應(yīng)于解耦控制，因為我們只是旨在驗證這個新設(shè)計和實現(xiàn)的機器人的正確功能。這種控制技術(shù)實現(xiàn)起來相當簡單，因為它不考慮機器人關(guān)節(jié)之間產(chǎn)生的擾動，即每個關(guān)節(jié)通過一個PID控制器每個關(guān)節(jié)以獨立的方式來控制每個關(guān)節(jié)。 PID控制器本質(zhì)上嘗試糾正產(chǎn)生錯誤的擾動，這必須被抵消（Siqueira等，2011; Urrea＆Kern，2014）。該控制器產(chǎn)生對應(yīng)于三個項的和的控制信號：項P與誤差成比例，項I與誤差的積分成正比，項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，e是控制誤差，ys是設(shè)定值，y是測量過程變量（實際值）。 控制器的參數(shù)是比例增益K，積分時間Ti和微分時間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 3.1 完整的系統(tǒng) 與使用MatLab / Simulink軟件（Mathworks，n.d.）的PC控制器進行通信的SCARA操縱器被設(shè)計和構(gòu)建（Southern Plantaids Pvt.Ltd，n.d.）。 由于機器人和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 機器人 用于建造這種機器人的材料是用于固定部件（基座等）的鋼和用于移動部件（棱柱形接頭等）的鋁。 該機器人采用SCARA物理配置。 最初，這個機器人有一個RRP2配置加一個終端執(zhí)行器，其中添加了兩個關(guān)節(jié)和一個夾具，由于其在當前行業(yè)中的代表性，所選擇的RRPRRP配置被選擇。 圖3顯示了機器人的設(shè)計和尺寸。 對于前三個自由度（R1，R2和P3），電機的理想特點是： - 帶永久磁鐵的直流電機 - 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動 選定的電機對應(yīng)于直流電機，齒輪箱包含軸旋轉(zhuǎn)到90°，12 VDC，轉(zhuǎn)子停止時輸出軸的運動有限。 這些電機主要是由于其扭矩/尺寸比，供電方式和全國市場的可用性。 在表2中，示出了這些電動機的機械和電氣特征。 這些電機通過來自廢棄打印機的光學(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，用于通過使用達爾文輪轉(zhuǎn)動接頭和通過用于棱柱形接頭的直帶來感測角度位置。 因此，實現(xiàn)用于控制機器人關(guān)節(jié)的各種策略成為可能。 對于接下來的兩個旋轉(zhuǎn)自由度（R4和R5），優(yōu)勢在于小型重量和大扭矩HITEC數(shù)字伺服電動機。機器人（P6）的最后一個執(zhí)行器是負責打開和關(guān)閉夾具的執(zhí)行器。對于此動作，還使用HITEC數(shù)字伺服電機，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的特點。圖4示出了機器人操縱器中使用的四個傳感器：兩個旋轉(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的工作范圍通過基座和R1和R2接頭的機械結(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)計階段，考慮到其預(yù)期用途，認為300mm的長度足以用于該機器人。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）。 機器人占據(jù)的這個氣缸/心形直徑約為一米，高度為30厘米。 3.3 電子設(shè)計與接口 3.3.1 一般說明 電子接口是機器人與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)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為執(zhí)行器的信號所需的驅(qū)動器，并轉(zhuǎn)換信號 將機器人的傳感器從數(shù)字傳送到PC控制器。 信息通過串行端口使用RS-232協(xié)議發(fā)送。 為了簡化此接口的設(shè)計和實現(xiàn)，考慮了三種系統(tǒng)：通信板，傳感器板和執(zhí)行器板。 這三個板被包含在一個單一的盒子中，如圖7所示。另外，它們是相互連接的，不由直流電機和機器人的伺服電動機的相同的電源驅(qū)動器進行電連接。 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。用于實現(xiàn)接口驅(qū)動的微控制器是PIC16F628A，因為它具有多種功能，降低了價格。 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)具有四個傳感器和六個執(zhí)行器。 此外，設(shè)計并實現(xiàn)了具有允許通信信號調(diào)節(jié)的電子和微控制器的驅(qū)動器。 兩個微控制器用于簡化接口中通信的編程：一個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接頭中的直流電機的驅(qū)動器通過集成在硬件上的PWM模塊的匯編語言編程的PIC16F628A微控制器上實現(xiàn)。 3.3.2 按界面進行初始化 該界面允許對機器人進行初始化，而無需連接到PC控制器。 每次開啟接口時執(zhí)行此初始化是必須的。 初始化包括將機器人定位在預(yù)定位置，然后傳感器的驅(qū)動器使用與該位置對應(yīng)的角度和距離值。 這是必要的，因為編碼器是增量的，因此它們不提供絕對位置，而是提供相對于初始值的遞增或遞減位置。 初始化例程是一個順序的過程，基本上由以下時間順序列出的八個步驟組成： 1.松開傳感器的驅(qū)動器 2.打開夾具 3.將關(guān)節(jié)R5定位在0° 4.將接點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移動到135° .................... 附錄2：外文原文