国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程
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| Gaurav r。Thakur1,Ankita。。Chauhan1,顾磊杰(Rajat打烊。Agrawal2 |
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灵巧的机器人手臂能够操纵highly-confined空间由于其高灵活性。可能在许多应用程序中,这些机器人的优化设计方面的配置和控制吸引了更多的兴趣和研究。摘要合作机器人灵巧机器人手臂的支持,应该是用于空间暴露多访问测试和实验观测设施(MATOF)。提出了MATOF为各种用户提供一个用户友好的实验装置的空间利用率。ROS(机器人操作系统)已经成为一个标准的软件开发机器人。这是一个开源,meta-operating系统提供硬件抽象服务。它实现了低和高水平的功能组件解决机器人感知、控制和规划,专注于代码的模块化和可重用性的贡献日益增长的用户社区。ROS被设计成尽可能薄,没有用户代码的包装,以便它可以与其他使用机器人软件框架。首选的发展模式是ROS独立库用干净的接口。它是独立于语言的,易于使用和可伸缩的大型运行时系统和流程。
关键字 |
| 机器人,致动器,控制器,电位计、传感器、robonaut,传播。 |
介绍 |
| 机器人在我们的思想总是有强烈的爱好。在各个领域的各种应用程序,他们已经成为一个共同的部分在我们的日常生活中。他们是为了缓解我们的工作,提高我们的生活舒适。“机器人”这个词突出了早在1950年代,当卡尔·恰在游戏中罗莎的通用机器人的诞生表示为一个优越的竞争情报与人类相似。机械臂是一个机器人机械手,通常可编程,具有相似功能的人类的手臂。它可以用来减少人力精力重工业。它也可以用于人工干预的情况下可能导致致命的结果或者是不可能的,如图1所示 |
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| 最接受的定义一个机器人机器人研究所提供的1979年美国的: |
| “机器人是一种可重复编程的多功能机械手设计材料,部件、工具或专用设备通过变量编程运动性能的各种各样的任务”。机器人是分支包括机器人的研究和应用。机器人的目标是尽可能模仿自然世界。机器人技术是一个相对较新的领域的工程(大约50岁),发现许多应用程序在不同的地区。机电一体化领域的日益发展和数学建模、机器人还有很长的路要走。从一个铁件,只能移动几英寸,现在机器能够从高层建筑,探测地雷,执行复杂操作和故障排除。 |
| 基于力搜索 |
| 当设计一个装配、力反馈和控制能力是至关重要的。装配过程可以分为四种常见步骤:一部分位置,插入形状,齿轮啮合和提前拟合。有时,组装特性(如孔或表面)是不可见的,所以使用视觉是无用的。在这些情况下,基于力的搜索策略是必需的。为了精确装配功能你想工作,力反馈和控制非常有用。一个常见的过程是规范化的扭矩工具中心点(TCP)。然后,结合TCP在组装和规范化施加的力的大小。通常您可能想要将工具维护这个力,同时监控力反馈。当组装功能找到你正在寻找,力将记录的变化,例如,当一部分了。这种技术是非常有用的对于许多操作,比如表面处理(研磨、抛光…)或质量保证检查力的控制和监控是很重要的。 |
| 力的控制 |
| 有两个重要的一步考虑控制作用力。第一步是力诱导。这通常是通过一个力/力矩传感器法兰或关节扭矩传感器连接到工具。另一个方法是监控这些力量;这些天,和更少的使用是监视电动机电流和推断的关节转矩这些值。第二步是对控制输入的力。这是通过输入传感器读数、输出关节力矩或通过关闭反馈回路。 |
| 不管采用何种方法,更快的反应是可取的。可以通过增加控制更新率,改变控制参数或减少机器人的惯性。 |
| 协作机器人 |
| 在会议上讨论的方法和技术,主要是负责今天的新的协作功能的机器人。他们允许机器人感觉环境和反应。我们可以很容易地说KUKA轻量级的机器人是一个很好的例子。每个关节都有自己的力传感器监控外部力量和控制。经历过它,Robotiq团队非常印象深刻的流动性运动时感动的手。巴克斯特考虑机器人也使用这种技术。这双手臂机器人也有综合力传感器在每个关节。为了实现力的控制,考虑机器人弹性致动器使用。此外,巴克斯特在每个部门有集成摄像头视觉引导运动和视觉目标识别。 |
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| 所有这些新组件是必要的让人机合作在一个安全的环境。[1]。 |
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| 目前的机器人是不可思议的场景从一些规定动作执行各种复杂的操作和空间访问,机器人已经发现他们的应用在各个领域。机器人的角色end-of-arm工具从未像现在这样重要。与机器人用户要求更多多才多艺的过程中,制造商们在压力下提供灵活、智能end-of-arm工具(EOAT)增加价值的整体系统。从伺服触手和混合工具,先进的工具更换控制模块,今天的EOAT不仅容易实现和易于使用,它的聪明。特定于应用程序的触手将机器人在手臂的长度更广泛的受众,新的产业和小中型企业,就会认为这是一年前。新一代拟人化终端执行器不仅在实验室中扮演好,它的发现在车间。和磁爪截然相反的任何市场上吸引粉丝。选择和地点,焊接,倒角,应用材料,检查和定位、加载/卸载,做到一个EOAT机器人用户发出挑战,和制造商正在提高他们的“手”挑战。[2] |
机器人的分类 |
| 机器人是机器人的分类取决于电路和应用范围。机器人的分类分为三种类型: |
| •简单级机器人 |
| •中间水平的机器人 |
| •复杂的水平的机器人 |
| 简单的机器人水平 |
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| 他们是自动机器,扩展人类潜能。他们不能被编程,不包含一个复杂的电路 |
| .E.g。:最好的例子一个简单的机器人是一个半自动洗衣机。 |
| 三世。二世中间水平的机器人 |
| 他们是那些可以被编程的机器人但不能重新编程。他们是多用途设备。基于传感器的电路,可以做人类做的工作。例如:机器人是最好的例子一个中间水平全自动洗衣机。 |
| 三世。三世复杂水平机器人 |
| 他们是那些机器人也可以通过编程和重组。他们是可重复编程的、多功能的操纵者。它们包含一个基于模型电路,是非常复杂的。 |
| 例如:最好的例子复杂机器人个人电脑水平。[3] |
框图 |
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| •传感器安装在我们的手。这些传感器检测任何小运动。 |
| •在运动检测,传感器,这是一个电位计在我们的例子中,给出了一个控制信号。该控制信号的形式模拟电压。 |
| •这一模拟电压作为输入到单片机。 |
| •单片机模拟值转换成数字值使用模拟到数字转换器。 |
| •这个数字值处理,根据处理价值致动器被激活。 |
| •根据传感器感知价值和加工电压值不同时间间隔的汽车被激活。[4] |
| •这些时间间隔的基础上决定不同的延时程序。 |
| •可以有线或无线的信号传输。 |
机械装配 |
| 机械臂由三根手指。每个手指都有三个旋转接头。运动的手指通过提供电缆。电缆连接到电动机的轴。当轴旋转电机的传动轴上的电缆是伤口导致手指弯曲。[7] |
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| 的手腕关节也是一个旋转关节手掌手指连接组成。有一个在腕关节伺服电机。 |
图片描述 |
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致动器 |
| 执行机构是一种装置,使运动成为可能。执行机构的基本形式是一个电动马达。致动器是一种机械装置,将能量转换成运动。他们的设备将输入信号(主要是电)转换为电。各种电动汽车使用的是: |
| 1。直流电机:它们是用来控制手指的运动的机器人。 |
| 2。伺服电机:它们是用来控制机器人的手腕和肘部动作。 |
| 执行机构通常是线性或扶轮致动器。也可能是电动、气动或液压。一般来说,电动执行机构或汽车更适合高速,低负载应用程序而液压致动器在低速和高负载应用程序做得更好。气动执行机构就像液压致动器,除了他们一般不用于高负载。致动器是应用在机器人手臂。这些都是用来促进机械手臂的运动。 |
| 变速器执行机构之间的元素和关节的机械联动装置。 |
| •他们通常用于三个原因: |
| •执行机构输出常常并不直接适用于驾驶机器人连杆。 |
| •执行机构的输出可能会动的关节运动。例如,线性致动器是动不同于肘关节驱动器。因此三被动关节和连杆组成的线性致动器可能被视为一种传播,致动器的直线运动转化为旋转运动的肘关节。 |
| •执行机构通常是大而重,常常是不实用的定位在联合执行机构。首先,大执行机构大惯量和它们更难在空间中移动机械联动装置组成的链接。所以它是可取的定位在一个固定的基地。第二,因为它们的大小,他们可以阻碍运动的一个或多个链接的机器人。因此,它并不罕见找到联系或电缆传输电力的致动器在一个很大的距离。 |
| 传感器 |
| 传感器是一种装置,测量物理量转换成一个信号,可以读到一种乐器。一个机械手臂的控制是基于感官信息的正确解释。这些信息可以得到内部机器人(例如,接头位置和电动机转矩)或外部使用广泛的传感器。 |
| 电位计 |
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| 在我们的例子中使用的传感器是一个电位计。电位计(俗称“锅”)是一个三端电阻的滑动接触形式可调电压分压器。雷竞技网页版传感器安装在人类手指感觉即使是最轻微的运动由他们,因此向单片机发送信号。这些信号是电阻值的变化的结果,必然结果由于手指的运动。由于电阻的变化不断变化的电压信号的单片机。 |
| 不同类型的传感器使用的是: |
| 1。触觉传感器 |
| 2。时间飞行传感器 |
| 3所示。指南针 |
| 4所示。杂项 |
| 控制器 |
| 控制器提供了情报,控制机械臂系统是必要的。看起来感觉信息和计算必须被发送到执行器的控制命令执行指定的任务。 |
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| 控制器一般包括: |
| •内存存储控制程序和机器人系统从传感器获得的状态 |
| •一个计算单元(CPU)计算控制命令 |
| •适当的硬件接口与外部世界(传感器和致动器) |
| •用户的硬件接口。 |
| 我们使用Atmel接口32单片机。这是一个8位微控制器有一个内置的模拟到数字转换器(ADC)。ADC 8通道。e可以8模拟值转换成数字值。10位ADC的分辨率。[8] |
| 单片机处理模拟信号并根据给定的一组指令它给所需的输出。这个输出作为输入运动导致的机械手臂的运动。 |
应用程序 |
| 机械臂各领域非常有用。它的主要工作是减少人类的努力。在工程涉及机械、高危险情况和地方实施高人类手臂的工作困难,机器人手臂可以是一个非常有效的工具。它提供了灵活的工作,消除单调的工作性质的问题。机器人手臂可以自动或手动控制,可以用来执行各种任务的准确性。因此重视在以下领域: |
| •机械臂可以固定或移动(即轮式),可以为工业或家庭应用而设计的。 |
| •机械臂还可以找到伟大的在医学领域的应用。 |
| •机械臂形式航天飞机系统不可分割的一部分。E.g.-Shuttle远程控制器系统。 |
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| 汽车工业是最重要的一个合作伙伴在机器人技术的发展。在汽车工业机械手臂被用于: |
| •焊接的各个部分 |
| •鲁棒性和精度的装配件 |
| •操作非常沉重的负荷 |
| •发现喷漆画房间。 |
| •用于很难到达的地方。 |
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| 医疗 |
| •机械臂可以用于假肢。 |
| 核能源 |
| •核发电机安装的地方我们可以找到大量的机器人应用程序。 |
| •用于维护核反应堆。 |
| •用于放射性燃料管的更换。 |
| •封闭放射性泄漏污染区。 |
| •清洁和消毒放射性地区在不影响工人的健康也是必要的。 |
| 水下检验 |
| •水下机器人是用于检查人体无法生存的地方 |
| •潜水机器人已经被使用多年来探索海床。 |
| •拯救ship-wrecked人 |
| •检索失事飞机的黑匣子。 |
| •探索深海和古老的沉船为了发现他们的秘密。 |
| •检查大坝淹没的一面来检测裂缝。 |
| •检查和维护石油挖掘平台。 |
| 人体运动学 |
| 近似人类的手的运动学发展灵巧手时是我们的首要任务。手有20自由度驱动,另有4数学模型共24关节的运动。每个关节运动范围相同或非常接近人类的手,包括拇指甚至flex的手掌小指。[6] |
| 人类大小的 |
| 影子灵巧手是小型化的壮举。在同一个信封包装人手我们强烈感觉到指尖,位置传感器为每个关节和棕榈允许系统控制板通过插件扩展。这增加作战能力明显穿标准手套等保护特定任务。[6] |
robonaut |
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| Robonaut是一个人形机器人开发项目进行的灵巧机器人实验室美国宇航局约翰逊宇航中心(JSC)在休斯顿,德克萨斯州。Robonaut与其他现有的太空机器人的不同之处在于,虽然大多数当前的空间机器人系统(如机械手臂、起重机和探测车)被设计用来移动大对象,Robonaut的任务需要更多的灵活性[5]。Robonaut系列背后的核心理念是人形机器一起工作的宇航员。其形成因素和灵巧的设计,这样Robonaut可以使用空间工具和工作在类似的环境适合宇航员。太空旅行是最有趣的一件事。人类神奇的交通工具和旅游完全敌对的环境,几乎是超乎想象,然后描述他们的经验对我们用文字和图片。登上月球不会完全一样没有宇航员为我们提供文字除了模糊的黑白图片的月球景观。然而,人类太空探索的问题是,人类的身体太脆弱了,太空的恶劣环境。我们已经了解到太空旅行可以在宇航员造成伤亡。温度在空间可以悬挂248华氏度(120摄氏度)到-148 F (-100 C)。也不是地球的大气层保护我们免受太阳的辐射。 In order to survive, astronauts must wear bulky space suits that cost about $12 million each. Space suits are not practical for an emergency situation. NASA has recognized the frailty of our bodies and is preparing a new breed of astronauts to perform some of the more difficult tasks in space. These new space explorers won't need space suits or oxygen to survive outside of spacecraft. These Astronauts are called Robonauts which will assist humans in future space applications. |
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| Robonaut的各个部分是: |
| •头 |
| •躯干 |
| •腿 |
| •武器 |
| •手 |
结论和未来的范围 |
| 控制系统的设计使用尚未开发的致动器是最相关部分的设计过程提出,研究人类的手扮演着一个重要的角色在拟人化的设计架构,因为它提供了成功的多功能性,灵活性和操作能力。目前传感器系统可以取代复杂的传感器以提高系统的准确性。 |
引用 |
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