機械專業(yè)外文文獻翻譯-外文翻譯--自動機械衛(wèi)星（RS）雙機械手協(xié)調(diào)運動的規(guī)劃設(shè)計 中文版

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橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計 1 譯 文 摘 要 本文提出了自動機械衛(wèi)星（ 機械手協(xié)調(diào)運動的規(guī)劃設(shè)計?；谖⒅亓Νh(huán)境下 動特性的分析，兩個機械手分為主機械手和從機械手。接著介紹了雙機械手 調(diào)運動的四種模式：穩(wěn)定功能、平衡功能、調(diào)整功能和協(xié)作運轉(zhuǎn)。還介紹了雙機械手的運動規(guī)劃算法。最后，給出了微重力環(huán)境下， 獲目標(biāo)實驗?zāi)Ｐ偷乃姆N協(xié)調(diào)運動的計算機仿真結(jié)果。仿真試驗顯示本文所提出的運動模型和規(guī)劃算法是非常有效的。 關(guān)鍵詞 ： 自動機械衛(wèi)星、運動規(guī)劃、雙機械手協(xié)調(diào)運動、構(gòu)位空間、微重力環(huán)境 0 介紹 隨著空間技術(shù)的發(fā)展，諸 如構(gòu)造和修理人造衛(wèi)星和航天飛機等的 航天員艙外活動 越來越多。但是， 航天員艙外活動 非常危險并且費用昂貴，因此使用空間機器人來代替宇航員的需要變得日益急迫。這種機器人可以在太空中自由飛行，因此命名為自由飛行空間機器人。自動機械衛(wèi)星就是自由飛行空間機器人的非常重要的一類，它由人造衛(wèi)星和安裝在人造衛(wèi)星上的機械手組成。 空間機器人需要多機械手來在微重力環(huán)境下進行復(fù)雜的操作，雙機械 橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計 2 手 多機械手系統(tǒng)中重要的一員，并且雙機械手的研究是多機械手研究的基礎(chǔ)。為了增加機械手的功能并降低它們之間的意外干擾，應(yīng)該研究機械手的 協(xié)調(diào)運動。多機械手的協(xié)調(diào)運動包括協(xié)調(diào)任務(wù)、協(xié)調(diào)動作和協(xié)調(diào)控制。盡管在 [1， 2]中提出了有關(guān)多機械手 動力學(xué)和協(xié)調(diào)控制，但是多機械手 調(diào)運動規(guī)劃的相關(guān)研究還是非常有限。 一般機器人的運動規(guī)劃問題是在給定環(huán)境和任務(wù)下，尋找無碰撞自動運動路徑和軌道。運動規(guī)劃有多種方法，例如構(gòu)位空間方法、人工位場方法和拓撲方法。由于 空間微重力環(huán)境中缺乏固定基礎(chǔ)，空間機械手的運動將擾亂其基礎(chǔ)人造衛(wèi)星的位置和姿態(tài)，并改變 械手的工作空間。直接采取帶有固定基礎(chǔ)的地面機器人的運動規(guī)劃方法 ，以及規(guī)劃路徑和軌道是非常危險的 ，對 可能是錯誤的。因此，對微重力環(huán)境下 1 微重力環(huán)境下 運動特性 這里討論的 人造衛(wèi)星主體和 械手組成。假設(shè)沒有外力和外部扭力施加在該系統(tǒng)上，并且 械手的每一處接點都是由扭力控制器控制的旋轉(zhuǎn)接點。整個系統(tǒng)的能量守恒。 如果第 系統(tǒng)可以被看作是由 鏈接（ N＝ n1+ +成的多鏈接自由飛行（飄浮）系統(tǒng)。研究人造衛(wèi)星的姿態(tài)時，要在衛(wèi)星主體上建立協(xié)調(diào)系統(tǒng)。如果 Ω 和 Φ 分別是 們分別為 3 量。衛(wèi)星姿態(tài)的極小改變 δΩ 可以表示為機械手極小運動 δΦ 的函數(shù) 橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計 3 δΩ ＝ G(Φ ) δΦ ……………………………………………………… (1) 此處， G 是一個 3× N 的擾動靈敏度矩陣。δ Ω 定義為瞬時擾動。 果Φ的變化量 ΔΦ 使衛(wèi)星姿態(tài)的變化量為 ΔΩ ，在公式（ 1）的數(shù)值積分將給出一個新的公式：Δ Ω ＝ F(Φ , ΔΦ ) ………………………………… (2) 公式（ 2）表達的方程由一個不能顯式表達的數(shù)值積分得到。這需要對G 重復(fù)進行數(shù)值積分的大量的計算。 2 雙機械手 面模型及其 為了研究 主控制技術(shù)，首先建立一個 面試驗臺，通過空氣軸承來模擬微重力環(huán)境。 驗?zāi)Ｐ涂梢栽谠囼炁_中自由地飛行。該試驗?zāi)Ｐ?。 如圖 圖 機械手 橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計 4 假設(shè)機械手有 它們的角度為Φ i， i=1， 2， … ,N。當(dāng)機械手的基礎(chǔ)固定時，矢量Φ =（Φ 1，Φ 2… ,Φ N）組成機械手的 于微重 力環(huán)境下的 要其他一些參數(shù)來決定 相對位置，例如 Ω ，人造衛(wèi)星姿態(tài)角矢量。用 Ψ =(Ψ 1, Ψ 2)和 Θ =(Θ 1, Θ 2)和表示兩個機械手的接點角矢量。這里Φ =(Ψ ,Θ )， 型的相對位置由 (Ω , Ψ 1, Ψ 2, Θ 1, Θ 2)來確定，其中Ψ 1, Ψ 2,Θ 1,Θ 2 的值可以相互獨立。任何接點的運動都會影響 Ω 的值：Δ Ω =F(Ψ ,Θ , ΔΨ , ΔΘ )。 其中， F 為公式（ 2）定義的函數(shù)。Ψ（或Θ）的變化會影響衛(wèi)星的姿態(tài)以及衛(wèi)星姿態(tài)矢量 Ω 的變化，從而導(dǎo)致機械手位置的變化。盡管干擾使控制問題變得復(fù)雜 ，但是依然有可能利用動態(tài)干擾來簡化航天任務(wù)。例如，通過機械手的運動，可以將衛(wèi)星姿態(tài)和另一個機械手的位置變動到需要的相對方位上。 由于高維和復(fù)雜的動態(tài)控制問題， 文提出了 C 空間量子化方法，即將每個接點角Φ 下公式（ 4）所示： Φ (i, j)＝Φ i’ ＋（Φ i” － Φ i’ ） · j/（ 1） i＝ 1,2,3,4. j＝ 0， 1， … ， 1 Φ i∈ [Φ i’ ,Φ i” ] (4) 因此，機械手的角矢量（Φ 1，Φ 2，Φ 3， Φ 4）量化為 義這些點為參考節(jié)點（ 并記 [1, 其中， 正整數(shù)， i=1,2,3,4。對 Ω 也進行同樣的過程。所有的 橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計 5 定義 8 種 驗?zāi)Ｐ偷臉?biāo)準(zhǔn)運動。對每個具有 8 種標(biāo)準(zhǔn)運動的 以建立一個標(biāo)準(zhǔn)基。在標(biāo)準(zhǔn)基中，基左邊為向量（ 一種標(biāo)準(zhǔn)運動，基右邊為Δ Ω 的值。則成了一個運動標(biāo)準(zhǔn)基，它刻劃了 這個規(guī)劃中，我們可以從標(biāo)準(zhǔn)基中獲得Δ Ω 的值而無須進行大量計算。因此，這種方法可以支持運動規(guī)劃運行得更快。 3 機械手協(xié)調(diào)方案 兩個機械手可以平等地工作來實現(xiàn)相同的目標(biāo)，如共同抓住目標(biāo)；或不平等地工作，如一個機械手完成需要的操作，另一個在某些方面協(xié)助第一個完成操作。為了分析雙機械手協(xié)調(diào)模式，我們提出了相對概念：主機械手和從機械手。 定義 主機械手（ 完成主操作任務(wù)的機械手叫做主機械手。 從機械手（ 幫助主機械手完成主操作任務(wù)的機械手叫做從機 械手。 的影響包括維持衛(wèi)星穩(wěn)定或相對穩(wěn)定，以及使衛(wèi)星主體變換到需要的姿態(tài)或位置。前一個降低 一個通過制造干擾，使主體變換到需要的姿態(tài)。 通過上述分析，我們定義四種 機械手協(xié)調(diào)運動模式。 穩(wěn)定功能： 橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計 6 平衡功能： 調(diào)整功能： 修正 協(xié)作運轉(zhuǎn)：兩個機械手同時地平等地進 行空間操作。 對于 驗?zāi)Ｐ?，四種協(xié)調(diào)運作模式通常更形象地表示為： Ψ 和 Θ分別表示 Ω 表示主體姿態(tài)矢量。 穩(wěn)定功能：Δ θ ＝ 0，Δ Ω ＝ 0，規(guī)劃運動路徑 Ψ 。 平衡功能：運動路徑 Ψ 給定，保持 Ω 不變或在某一特定范圍內(nèi)變動，規(guī)劃運動路徑 θ 。 調(diào)整功能：運動路徑 Ψ 給定， Ω 的初始值 Ω 劃運動路徑 θ 。 協(xié)作運轉(zhuǎn)：操作任務(wù)給定，規(guī)劃運動路徑Ψ和θ。 4 協(xié)調(diào)運動規(guī)劃算法 首先，給定協(xié)調(diào)運動模式的一般算法。然后，討論每種協(xié)調(diào)運動模式下的特殊問題。 算法 第一步 建立 動標(biāo)準(zhǔn)基： 1) 在定義域內(nèi)將Φ i=1,2,3,4。 2) 構(gòu)造 示為（ 3) 對每個節(jié)點和八種標(biāo)準(zhǔn)運動，計算Δ Ω 并根據(jù)（ 橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計 7 的地址存儲在內(nèi)存中。 4) 構(gòu)造 第二步 設(shè)計目標(biāo)函數(shù) f(n)。 f(n)由特定的協(xié)調(diào)運動模式?jīng)Q定。 第三步 確定符合初始狀態(tài)的節(jié)點 f(令 當(dāng)前節(jié)點。 第四步 確定符合目標(biāo)狀態(tài)的節(jié)點和函數(shù)值。 第五步 用 表示 近節(jié)點的集合，并選擇使 f 值最小的節(jié)點為擴展節(jié)點。在堆棧中保存 令新的節(jié)點為 第六步 如果得到了目標(biāo)節(jié)點或目標(biāo)函數(shù)的最終值，轉(zhuǎn)至第七步。如果經(jīng)過了 L 步驟，沒有得到最優(yōu)值，則放棄 點并標(biāo)記路徑。返回第五步。 第七步 將 S 操作手的接點角。 第九步 結(jié)束。 這里， f(n)是啟發(fā)式搜索中估計函數(shù)。采用 A*算法， f(n)＝ g(n)＋h(n)， n 為 點， g(n)是初始節(jié)點 n 節(jié)點之間的 代價， h(n)是節(jié)點 n 和目標(biāo)節(jié)點之間代價的估計。 四種協(xié)調(diào)運動模式的 d 定義如下。對于穩(wěn)定功能，d 表示兩個相對位置下 于平衡功能和調(diào)整功能， d 表示兩種狀態(tài)下，衛(wèi)星姿態(tài)角度之差；對于協(xié)調(diào)操作， d 由目標(biāo)和兩個操作手末端效應(yīng)器之間的距離之和決定。 5 計算機仿真 橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計 8 仿真試驗在 C 386 上進行， 動規(guī)劃和圖形仿真使用 C 語言來進行編程。 種協(xié)調(diào)運動模式下的計算機仿真結(jié)果如圖 計算機仿真顯示 機械手協(xié)調(diào)運動規(guī)劃模式和算法是合理而有效的。 3 圖 調(diào)整功能 圖 協(xié)調(diào)操作 橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計 9 參考書目 [1], . 1991, 1516[2]. . 1696劉宏，生于 1967 年 7 月 25 日，分別在東北科技大學(xué)和哈爾濱工程大學(xué)獲得理學(xué)士學(xué)位和理碩士學(xué)位，他的導(dǎo)師為蔡鶴皋和洪炳熔教授。他的研究方向包括機器人技術(shù)和自主控制。 計算機數(shù)控機床的安全和維護 1 計算機數(shù)控機床的安全操作注意事項 在金屬切削操作中安全性一直是特別受關(guān)注的．由于計算機數(shù)控設(shè)備自動化程度高并且速度快，所以它是一個危險源。為了防止人員傷害和對設(shè)備的損壞，必須找出存在危險的根源，且操作人員必須提高警惕。主要的 潛在危險包括：旋轉(zhuǎn)部件，如主軸、主軸內(nèi)的刀具、卡盤、卡盤內(nèi)工件、帶著刀具的轉(zhuǎn)塔刀架以及旋轉(zhuǎn)的夾具裝置；運動部件，如加工中心的工作臺、車床拖板、尾架頂尖，多工序旋轉(zhuǎn)托盤；程序錯誤，例如 生意想不到的快速移動；設(shè)置或 橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計 10 改變偏移值時出錯，可能導(dǎo)致 刀具與工件或刀具與機床之間的碰撞；隨意地更改已驗證的程序，也會引起機床產(chǎn)生危險動作。為了減少或避免危險，盡量遵循以下保護措施。 (1) 使用機床制造商提供的機器原有保護罩。 (2) 帶上安全眼鏡、手套，穿上合適的衣服和鞋。 (3) 不熟悉機床操作前不要開動機床。 (4) 運動程序之前，確認(rèn)零件已被正確夾緊。 (5) 驗證一個程序時，遵循下列安全步驟： ? 啟用機床鎖定功能運行程序，檢查程序中的語法錯誤 和幾何軌跡。 ? 使用 速倍率開關(guān)降低速度或空運行程序。 ? 采用單程序段執(zhí)行來確認(rèn)程序中的每一行。 ? 刀具切削時，用 給倍率開關(guān)減慢進給速率，防止超負荷切削。 (6) 禁止用手處理切屑以及用切屑鉤子弄斷長而卷曲的切屑。編制不同的切屑狀態(tài)程序以便更好地控制切屑。如果要徹底清除切屑，應(yīng)當(dāng)關(guān)閉機床。 (7) 如果懷疑刀片在編程的切屑狀態(tài)下有可能折斷時，可選擇一個更厚的刀片及減少進給或切屑深度。 (8) 盡可能保持刀具懸出短些，因為它可能成為一個導(dǎo)致刀片折斷的振動源。 (9) 當(dāng)頂尖支撐一個大零件時，確保中心孔足夠大足以支撐和夾住零 橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計 11 件。 (10) 換刀、查找刀片或清理切屑時關(guān)閉機床。 (11) 替換已磨損或損壞的刀具和刀片。 (12) 列出現(xiàn)行刀具的偏移良清單 ，從機床上取下刀具，清除（設(shè)置為 0）刀偏。 (13) 在未得到主管許可的情況下不得擅自更改程序。 (14) 如果你有任何與安全有關(guān)的擔(dān)憂，立即通知你的技術(shù)指 導(dǎo)和主管。 2 日常維護 觀檢查 (1) 伺服電動機、探測器或數(shù)控主單元上的機床用油（切削 油，潤滑油）或者滲漏情況檢查。 (2) 可移動部件的電纜上有無損傷或電纜絞后合情況檢查。 (3) 過濾器堵塞情況檢查。 (4) 控制面板的門是否打開檢查。 (5) 外部環(huán)境震動檢查。 (6) 數(shù)控裝置單元是否放置在有灰塵的位置。 (7) 引起高頻的某物體是否位于控制單元附近。 查控制單元內(nèi)部 檢查 以下故障是否被排除： （ 1） 電纜連接器松動 （ 2） 裝配螺釘松動 橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計 12 （ 3） 固定放大器螺釘松動 （ 4） 冷卻風(fēng)扇工作異常 （ 5） 電纜損傷 （ 6） 印刷電路板插入不正確 障診斷和維修 當(dāng)發(fā)生運行故障時，應(yīng)找出原因以便采取適當(dāng)?shù)拇胧┡懦?。為此，?yīng)執(zhí)行下列檢查： 查 故障發(fā)生狀態(tài) 檢查下列幾個方面： (1) 故障出現(xiàn)時間？ (2) 在何種操作過程中出現(xiàn)故障？ (3) 什么故障？ (4) 故障何時發(fā)生？ 即故障發(fā)生時的具體時間。 (5) 在何種操作過程中發(fā)生故障？何種運行方式？ a) 對于某項自動操作 … 程序號，序列號，程序內(nèi)容？ b) 對于手動操作 … 模式？ c) 什么操作步驟？ d) 前一步和后一步 操作？ e) 設(shè)置 /顯示的單元屏幕是什么？ f) 是否發(fā)生在輸入輸出操作過程中？ g) 機床系統(tǒng)狀態(tài)如何？ h) 是否發(fā)生在換刀過程中？ 橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計 13 i) 受控制的軸跟蹤檢測情況如何？ (6) 發(fā)生了什么故障？ (7) 設(shè)置 /顯示的單元屏幕上警告監(jiān)測的報警內(nèi)容。 (8) 運用顯示警報診斷屏幕來檢查報告內(nèi)容。 (9) 驅(qū)動放大器狀態(tài)顯示什么？ (10) 根據(jù)驅(qū)動放大器狀態(tài)顯示檢查報告內(nèi)容。 (11) 加工順序報警顯示表示什么？ (12) 示屏幕是否正常？ (13) 控制軸是否在跟蹤？ (14) 故障頻率 (15) 什么時候故障發(fā)生？頻率怎樣？（另一臺機床的操作過程中故障是否出現(xiàn)？） (16) 如果頻率很小或者在另一臺機床的操作過程中出現(xiàn)故障， 那么，故障的原因可能是供電電壓的干擾。在這種情況下，檢查 另一臺機床的操作過程中是否發(fā)生瞬時壓降？） (17) 是否發(fā)生在特殊工作模式？ (18) 什么時候達到最高行程？ (19) 同一類工作的頻率是多少？ (20) 當(dāng)執(zhí)行相同操作是故障是否發(fā)生？（重復(fù)性檢查） (21) 改變狀態(tài)（進給倍率，程序內(nèi)容，加工順序等等）。 (22) 是否發(fā)生相同的故障？ 橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計 14 原文說明 原文說明的內(nèi)容是： 提出了自動機械衛(wèi)星（ 機械手協(xié)調(diào)運動的規(guī)劃設(shè)計。接著介紹了雙機械手 介紹了雙機械手的運動規(guī)劃算法。最后，給出了微 重力環(huán)境下， 獲目標(biāo)實驗?zāi)Ｐ偷乃姆N協(xié)調(diào)運動的計算機仿真結(jié)果。仿真試驗顯示本文所提出的運動模型和規(guī)劃算法是非常有效的。 另一篇是介紹 計算機數(shù)控機床的安全和維護 。 題名：《 自動機械衛(wèi)星雙機械手協(xié)調(diào)運動的規(guī)劃設(shè)計 》 《 計算機數(shù)控機床的安全和維護 》 作者： 劉宏 洪炳熔 蔡鶴皋 蔣忠理 來源：高校出版社 《 自動機械衛(wèi)星 機械手 》 機械工業(yè)出版社 《機電與數(shù)控專業(yè)英語》