編號： 畢業(yè)設(shè)計(論文)外文翻譯（譯文）院 （系）： 機電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化學(xué)生姓名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師單位：姓 名：職 稱：年 6 月 3 日第 1 頁 共 28 頁人機交互的協(xié)同制造Andrea Cherubini ，Robin Passama ，André Crosnier ， Antoine aaaLasnier ， Philippe Fraisse b aa：法國蒙彼利埃 LIRMM 信息學(xué)，機器人技術(shù)和微電子，蒙彼利埃大學(xué)的實驗室法國國家科學(xué)研究中心，Rue Ada 街 161 號，蒙彼利埃 34392b：法國部制造工程，標(biāo)致雪鐵龍 PSA，Gisy 路，韋利濟維拉庫布萊 78140文章資訊文章歷史2015 年 6 月 18 日收稿，2015 年 12 月 13 日修訂，2015 年 12 月 17 日發(fā)布摘 要盡管工業(yè)機器人的概念可以追溯到 1999 年，目前大多數(shù)混合動力車的人機裝配系統(tǒng)僅僅是重量補償。在這里，我們提出在協(xié)作人類與機器人制造單元的開發(fā)等速節(jié)總成結(jié)果。在組裝過程中主動機器人交替和被動的行為，以減輕在所述第一種情況的操作者的負擔(dān)，并以符合他/她在后者的需求。我們的方法能夠成功管理機器人和人類之間的直接身體接觸,和機器人與環(huán)境之間。此外,它可以應(yīng)用到標(biāo)準(zhǔn)位置(而不是力矩)控制機器人,常見的行業(yè)。一系列的方法是驗證組裝實驗。人類的工作量減少,減少壓迫損傷的風(fēng)險。此外,一個完整的風(fēng)險分析表明提出的設(shè)置符合安全標(biāo)準(zhǔn),并可以認證。關(guān)鍵詞:人機合作機器人，工業(yè)機器人人機交互，活性和傳感器控制第 2 頁 共 28 頁1、引言機器人，即機器人制造組裝線與人類協(xié)作工人的概念，可以追溯到先驅(qū)工作[1]。事實上，機器人做為流水線工人 - 可以減少出現(xiàn)由于對在職的身體和認知負荷，同時提高了安全性，質(zhì)量和生產(chǎn)率符合人體工程學(xué)的擔(dān)憂。這是一個關(guān)鍵問題，根據(jù)勞動的美系的職業(yè)安全和衛(wèi)生署的統(tǒng)計以來，歐洲制造業(yè)工人的 30％以上是由腰部疼痛的影響，導(dǎo)致了巨大的社會和經(jīng)濟成本。一個徹底的人機合作的生產(chǎn)線先進設(shè)備，最先進的是[2]提出。在那次調(diào)查（2009年）的時候，在生產(chǎn)過程中唯一的混合組裝系統(tǒng)是重量補償器/均衡器。然而，作者明確指出，為更高級合作的必要性，盡管人類在很多組裝業(yè)務(wù)仍是不可或缺的，符合人體工程學(xué)的工具，協(xié)助他們的職責(zé)是根本。在本文中，我們專注于在法國國家項目 ANR ICARO 的框架目標(biāo)應(yīng)用程序，由 PSA（標(biāo)致雪鐵龍）提出。該應(yīng)用程序是一個球籠等速接頭的組件，當(dāng)前手工完成在 PSA 線，導(dǎo)致肌肉疼痛到工人的操作。在這項工作中，我們提出了一種新的協(xié)作人類與機器人的設(shè)計，這是本文的核心。這項工作的主要貢獻概述如下?！裨谂c大多數(shù)現(xiàn)有的人機制造應(yīng)用中，防撞由最小安全距離[2]保證相比之下，我們的框架成功管理機器人與人類之間的直接身體接觸，以及機器人與環(huán)境之間?！裨谖覀兊脑O(shè)計中，機器人交替的主動和被動行為在組裝過程中，以減輕在操作者的負擔(dān)。第一種情況，以符合他/她在后者的需求。第 3 頁 共 28 頁●與大多數(shù)同類作品的對比，我們的方法都可以應(yīng)用到標(biāo)準(zhǔn)位置（而不是扭矩）控制的機器人，常見的工業(yè)。從最終用戶（PSA）的觀點出發(fā)，兩個方面是特別值得注意的。第一，由于操作者的負載也會減少約 60%,該組裝核心可以重新分類 PSA 人體工程學(xué)。第二，PSA 一個完整的風(fēng)險分析表明，該系統(tǒng)與安全標(biāo)準(zhǔn)兼容，并可以認證。文章的結(jié)構(gòu)安排如下。第 2 節(jié)總結(jié)了國家的最先進的協(xié)同制造，并強調(diào)我們在目前的相關(guān)研究方面的貢獻。在第 3 節(jié)中，我們提出了有針對性的應(yīng)用程序：一個等速聯(lián)合的協(xié)同裝配。在第 4 節(jié)概述該框架，框架組件（標(biāo)稱軌跡生成，導(dǎo)納控制，以及安全監(jiān)控） ，然后在以下部分（分別為，第 5-7）詳細說明。實驗結(jié)果發(fā)表在 8 節(jié),最后總結(jié)結(jié)論。2、相關(guān)工作本節(jié)總結(jié)了當(dāng)前國家的最先進的協(xié)同制造。我們首先回顧人機合作更多的應(yīng)用程序或流動的研究(2.1 節(jié)),然后是學(xué)術(shù)研究物理人機交互(2.2 節(jié))。2.1、研究人機合作的行業(yè)[3]的作者提供了非常豐富的汽車裝配新興的技術(shù)，包括支持系統(tǒng)（主要是信息技術(shù)）的概述。他們指出，大規(guī)模定制，需要較高的技術(shù)靈活性，并提出各種設(shè)計來解決這個問題，通過集成自動和人性化的組裝。類似的觀點是,最近的歐盟項目人機合作[4]其目的在于集成裝配系統(tǒng)，和人的能力。根據(jù)作者主提供，要引擎主要有：直觀的界面，安全策略和設(shè)備，計劃和執(zhí)行，以及利用移動機器人的正確方法，以及分布式計算。最近,美國汽車協(xié)會重新搜索進行了一項研究的可行性不設(shè)防的機器人汽車應(yīng)用核心[5]。研究定義了根據(jù)人機協(xié)作水平核心復(fù)雜性,成功實現(xiàn)的概率。但如前面[2]提到的調(diào)查,本文揭示了人與機器缺乏高水平的合作,除了“智能提升助理” 。盡管一些汽車制造商正逐漸引入機器人在人類生產(chǎn)線[6、7],一個至關(guān)重要的問題仍然存在:協(xié)作機器人細胞應(yīng)該如何設(shè)計?各種研究人員調(diào)查了這一點， Papakostas 博士等在[8]中討論汽車組件配合機器人單元的主要功能，并提供兩個場景模擬比較：常規(guī)焊接機器人單元，以及一個與協(xié)同的機器人。[9]的作者評估五個替代安全設(shè)計,包括硬件和控制設(shè)計、電纜的人類——機器人協(xié)作原型細胞利用裝配。在[10],新的零件生產(chǎn)裝配系統(tǒng),人機合作開發(fā)。系統(tǒng)包括三個關(guān)鍵技術(shù);部分喂養(yǎng)的雙機械手在移動基地,為運營商生產(chǎn)過程的信息支持，并為運營商和機器人之間的合作安全管理。[11]的主要目標(biāo)是共享工作單第 4 頁 共 28 頁元的安全性，在沒有人類和機器人之間的物理圍欄。由于由基本的紅外傳感器提供的安全選擇是有限的，作者設(shè)計這些傳感器的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，用于跟蹤用戶的位置，同時避免碰撞。[12]的作者提出了優(yōu)化的工人和機器人之間的任務(wù)分配的方法。該方法是有效的，使用的是 ABB 雙臂概念機器人，在 PLC 的輸入/輸出模塊組裝情形。2.2、物理研究人機協(xié)作最近的機器人技術(shù)研究主要集中在學(xué)習(xí)和身體的人機交互特性（HRI[13,14]） 。目標(biāo)是使人類和機器人之間的密切合作，在所有的服務(wù)和工業(yè)任務(wù)，這需要人類的適應(yīng)性和高性能的機器人在精度，速度和負載[ 15 ]合并。在這種情況下,它變成了不可或缺的定義安全性和可靠性指標(biāo)(16 - 19)。這些可以促進標(biāo)準(zhǔn)的定義,如最近的 ISO 10218 - 1:2011 工業(yè)機器人“安全要求” 。2 在這方面的研究,許多解決方案實現(xiàn)安全協(xié)作任務(wù)近年來一直在探索。雖然這些解決方案還沒有轉(zhuǎn)移到行業(yè),我們在此列出一些最相關(guān)的理論著作。在[20]，變形跟蹤阻抗控制策略的目的是使未知的幾何和機械性能的環(huán)境機器人互動。對于未知環(huán)境和操作成功的互動，機器人應(yīng)該表現(xiàn)在類似人類的方式。這是研究的目標(biāo)[21,22]：一個人樣學(xué)習(xí)控制器的設(shè)計，在互動任務(wù)，以減少運動誤差和精力。仿真結(jié)果表明，該控制器是一個很好的模型的人-電機的適應(yīng)，即使在沒有直接力傳感。一種在汽車工業(yè)中的協(xié)同機器人的魯棒控制器，在[ 23 ]，管理，不僅是一個工業(yè)機器人和一個僵硬的環(huán)境之間的相互作用，而且人-機器人-環(huán)境和人類-人類-環(huán)境相互作用。其他研究人員已經(jīng)更側(cè)重于工業(yè)應(yīng)用。例如，一個工業(yè)機器人控制器，摻入與環(huán)境的關(guān)節(jié)的合規(guī)性，提出了在[24]。工具中心點的期望姿勢，從力誤差計算出來的。并行控制考慮一個參考軌跡，同時允許有效控制，前饋的方向。雖然該方法的目的是為工業(yè)裝配任務(wù)，它并沒有考慮到在循環(huán)人的存在。相比之下，埃爾登和他的同事[25-27]已經(jīng)研究透了工業(yè)的任務(wù)，直接涉及人為操作，即手工焊接。在[25]，一個物理互動控制器用于操縱機器人手臂開發(fā)：人施加的力的機器人，使之表現(xiàn)為他/她喜歡。然后，手工焊接助理機器人示于[26]：如人類控制焊接的方向和速度，所述機器人抑制不自主的振動（例如，由新手焊工引起） 。結(jié)果表明，在焊工性能有了很大的改進他們的協(xié)助時。最后，[27]提出了終點阻抗測量在人的手的一項研究，用專業(yè)和新手的焊工。該結(jié)果支持了阻抗測量可以作為一個技術(shù)水平的指標(biāo)，以區(qū)分焊接性能水平的假設(shè)。雖然由這些作品定位的焊接輔助應(yīng)用也落入在[2]，它不同于一個在這里處理，由于機器人的運動是由人工人從動誘發(fā)共享工作區(qū)范例。相反，在我們的工作中，第 5 頁 共 28 頁機器人在裝配周期的各個階段是活動的，自主的。出于同樣的原因，通過演示/教學(xué)機器人編程也超出范圍在這里。我們的差不多，但針對手動引導(dǎo)機器人操作等作品，在[28,29]介紹。在[28]，運營商教任務(wù)，以機器人操縱，通過手動指導(dǎo)其末端執(zhí)行器。為此，筆者設(shè)計的虛擬工具，它的力度與機器人交互時，操作人員應(yīng)感覺。通過力/轉(zhuǎn)矩傳感器的測量值驅(qū)動的準(zhǔn)入控制器被設(shè)計來保證所需的虛擬動態(tài)行為。第二紙地址控制的機器人手臂，執(zhí)行合作任務(wù)與人，誰引導(dǎo)通過直接的物理相互作用的機器人的問題。這個問題是通過允許端部執(zhí)行器，以根據(jù)一個阻抗控制法[30]代網(wǎng)絡(luò)連接在笛卡爾空間定義符合處理。冗余確保耦合人機器人系統(tǒng)中的末端執(zhí)行器的穩(wěn)定性，通過慣性分離。然而，在我們的工作相反，機器人是扭矩（未位置）的控制，和一個阻抗（而不是導(dǎo)納）控制器使用。概述在大多數(shù)引用的作品,一個高效人機合作機器人必須與工人交流容易,即使他/她是非訓(xùn)練。為此，許多 PHRI 作品依靠物理接觸（觸摸）之間機器人和操作員[31]。最近，以保證互作用甚至在沒有直接接觸的，研究人員已經(jīng)提出了使用指點手勢[32]的，以及視力與力[33-35]的集成。此外，在我們的工作中，互動包括遠見和力量。事實上，視力停止/觸發(fā)機器人的操作，在危險情況下，在操作者接觸力被用來開始和結(jié)束組裝和變形的機器人軌跡，避免碰撞。3、應(yīng)用：一個等速關(guān)節(jié)協(xié)同裝配應(yīng)用的目標(biāo)是在這項工作中是協(xié)同人力–機器人裝配一輛汽車的等速接頭。等速接頭允許驅(qū)動軸通過一個可變角度的發(fā)射功率，第二軸，以恒定的轉(zhuǎn)速，同時限制摩擦起。它們既用于前輪驅(qū)動汽車，也用于后輪驅(qū)動汽車，具有獨立后懸架。具體來說，我們在這項工作中使用的等速接頭是球籠式接頭，這是在 1926發(fā)明的艾爾弗雷德漢斯球籠（1885–1965） 。該關(guān)節(jié)的工作方式類似于一個錐齒輪，用鋼球代替牙齒。圖 1 所示的工作原理和爆炸圖。該關(guān)節(jié)由一個球形的內(nèi)有六個凹槽的內(nèi)部比賽，和一個類似的包絡(luò)外殼（外殼） 。每個槽引導(dǎo)一個鋼鐵球球。半軸適合中心的內(nèi)部比賽,自己窩在一個圓形的籠子?；\是球形的，但與開放的兩端，并與六個開口周圍的周長，一個為每個球。最后，房屋被連接到了二軸。在這項工作中，我們提出了一種協(xié)同策略為元素的球籠式接頭。事實上，與 PSA 人體工學(xué)深入討論后，并在 PSA 過程中最不同的零件分析，看來這個用第 6 頁 共 28 頁例產(chǎn)生比其他裝配零件更疲勞磨損（MSDS） 。這是促使該單元的選擇，因為案例研究。特別是，我們專注于聯(lián)合的六個球的插入。這個任務(wù)當(dāng)前手工完成，使用類似于示出一個插入工具，與所有的關(guān)節(jié)部件沿，在圖 2 的左側(cè)。球插入操作,目前在右邊列出的 PSA 生產(chǎn)過程相同的圖。球順序是預(yù)定義的,因為,限制機械約束,必須插入的前三個球,這其中任意兩個之間有一個空槽。讓我們在此描述的步驟手動裝配操作。球前插入(即,在前面的工作單元),內(nèi)部的種族,籠子里,和住房已經(jīng)組裝,和第一個球已經(jīng)被插入。鏈接這個球籠和內(nèi)心的種族,留下一些反彈,這將削弱其他球被放置。因此，為簡單起見，在本段的其余部分，術(shù)語籠將用來指籠和內(nèi)圈的鏈接分組。在第一個，操作員接收部分組裝哲帕式接頭，并將其放置在一個特設(shè)的支持。然后，通過點擊與插入工具保持器（見圖 2（1） ） ，他稍微傾斜它，直到第二球可以插入（圖 2（2） ） 。自反應(yīng)減少,插入第三球后,攻是不夠了,操作員必須使用插入工具增加所需的杠桿臂傾斜籠子里(圖 2(3))。插入工具設(shè)計,使其下部適合精確的在籠子里。籠子傾斜（或籠開口）中，隨后球插入重復(fù)對其余的球（圖 2（4） - 2（8） ） 。一旦所有的六個球已經(jīng)放置，籠子是封閉的（即復(fù)位的位置，圖 2（9） ） ，使球籠式接頭可發(fā)送到下列零件生產(chǎn)鏈。一個有經(jīng)驗的操作人員很快就執(zhí)行這個操作，以保證每小時 70 個小時的生產(chǎn)速度。然而，籠子打開和關(guān)閉的步驟可以挑起 MSDS。這些傷害是由于所需的力的籠定位，開放，和關(guān)閉，并在這樣的交流的重復(fù)。生物工程學(xué)家估計超過八小時輪班操作升降機，總重量約 5 噸，并實現(xiàn) 18 000 上肢運動[ 36 ]。因此，操作的這一部分應(yīng)該是自動化，以減輕操作者。另一方面，球插入其本身的操作需要非常高的精確度和適應(yīng)性的技能，這是不通過現(xiàn)今工業(yè)機器人可達到的。因此，哲帕式接頭球插入工作電池的特性使它成為機器人研究的理想情形。在實踐中,一個人應(yīng)該自動根據(jù)符合細胞降低規(guī)格:（1）操作員必須位置和響應(yīng)的五個球籠開口,很少努力和運動,疲勞和受傷的機會最小化。（2）人類和環(huán)境之間的物理相互作用(具體地說,在人類的手,鋼鐵部分)必須控制,保證安全。（3）插入工具和環(huán)境（具體來說，在哲帕式接頭）之間的物理相互作用必須加以控制，以避免堵塞。（4）人機合作機器人的速度必須保證安全性，即它必須符合第 2.2 節(jié)中引第 7 頁 共 28 頁用的 ISO 安全標(biāo)準(zhǔn)（刀具中心點速度限于 0.25 MS-1） 。 滿足上面的要求,我們重新設(shè)計了制造細胞,如圖 3 所示(上)。預(yù)組裝哲帕式接頭（殼體，籠，內(nèi)圈，和第一個球組成）的下部，被放置在機械手的機器人的末端執(zhí)行器的夾鉗保持。插入工具，相反，是固定的，以被剛性地約束到機器人基座的支撐件。與手動插入操作圖 2 所示,大部分所需的運動將會由機器人與人類干預(yù)只球的位置。這種情況的出現(xiàn)斷線，籠開/關(guān)和旋轉(zhuǎn)） ，機器人如下名義，預(yù)先成才軌跡。這些標(biāo)稱軌跡否變形以符合從環(huán)境和操作者的外力/扭矩，用導(dǎo)納控制器[30]。為了進一步提高操作的安全性，在機器人停止在強力/力矩的存在，以及一個固定相機，安裝在插入工具的支持，監(jiān)視球插入。相機是用來檢測球插入,并阻止機器人如果它可能危及操作者的手。由于沒有夾緊手指的關(guān)節(jié)的風(fēng)險(固體鋼的住房,沒有開口),相機只有顯示器前面的籠子里。攝像機的圖像顯示在圖 3 的底部(原始圖像在左邊,右邊圖像處理)。在下面，我們提供的哲帕式接頭的協(xié)同裝配制定的控制框架的更多細節(jié)。圖 1.工作原理（左）和爆炸圖（右）的球籠式等速接頭第 8 頁 共 28 頁圖 2.手動插入。左：有關(guān)組件（順時針方向從左上角：內(nèi)圈，球，籠，住房和插入工具） 。右邊：九個步驟的變壓吸附手動插入操作；球 1 沒有出現(xiàn)，因為，隨著內(nèi)圈，籠，和住房，它已經(jīng)組裝在此操作。第 9 頁 共 28 頁圖 3.上圖：協(xié)同球籠式接頭的裝配與實驗裝置：在插入工具的支持（S） 、末端執(zhí)行器（E） ，和機器人基地（B）的參考框架。左：從相機原始圖像。右下：處理后的圖像：圖像中的刀軸軌跡（一） ，手和工具之間的距離（DH） ，和最小距離容忍安全（DM） 。4、控制框架的定義和特征4.1、定義和假設(shè)參考幀用來描述裝配任務(wù)如圖 3 所示。在這方面,在其他所有論文的數(shù)據(jù),使用 RGB 公約：軸 X,Y 和 Z 分別為紅色、綠色和藍色。這項工作中所使用的框架是：機器人基地(/ B),插入工具支持(/ S)和終端執(zhí)行器(/ E)框架,分別與起源 B 和 E。參考幀/ B / S 世界上是固定的,而/ E 移動機器人。Fs 的構(gòu)成是決定通過一個估計過程解釋切口 5。一個通用框架的構(gòu)成框架 Ft 的定義是：，其中 ABt是從 B 到 A 平移矢量，和 ABU?是角/軸矢量[ )3(][UtPTAA???37 ] 。在這項工作中，我們考慮一個 J≥6 自由度機械臂（自由度） ，并注意q∈ 機器人關(guān)節(jié)值[J].。我們還假設(shè)，它是可能的估計（通過直接，或通過jR關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩測量）扳手（力 和扭矩 ）應(yīng)用于端部執(zhí)行器，并表示在端部EfEm執(zhí)行器： 。這些信息將被輸入到一個準(zhǔn)入控制器[ 30 ]，以適TEfh][??應(yīng)機器人的運動，避免球籠內(nèi)圈和在插入工具之間堵塞。4.2、逆運動學(xué)控制器在我們的框架中，逆運動學(xué)控制器是用來映射端部執(zhí)行器構(gòu)成的關(guān)節(jié)空間。這是必要的，最初產(chǎn)生的名義軌跡，然后進行變形，根據(jù)導(dǎo)納控制器。我們在此回顧了經(jīng)典的逆運動學(xué)公式，根據(jù)[ 38 ]。第 10 頁 共 28 頁末端執(zhí)行器姿態(tài)的演化可以表示為：???qJPEB（1）雅可比矩陣 ,任務(wù)大小 6×J,來源于機器人測量配置 ,和 q 機器qpJE? ?人關(guān)節(jié)速度。末端執(zhí)行器姿勢可以調(diào)節(jié)到所需的值 ，并且，在 j6，存在冗余[39]。EBP?然后，一個次要任務(wù)可以實現(xiàn)的，通過利用第 j - 6 額外自由度（因為只有 6被主要任務(wù)， 需要） 。該聯(lián)合速度 驅(qū)使 到 ，通過生成：EBP? ?qEB?gJIJq??????? )()(在上面的等式：● 是 j × 6 右逆，使得 。我們假設(shè) J 行滿秩的操作過程中，?J J??所以這個偽逆可以計算。這種情況在整個實驗是在逆基-一個共同的假設(shè)相控制[ 40 ]?！瘭?是一個積極的去無限的 6 維方對角線矩陣決定 到 的收斂速度。EBP?●術(shù)語 引入標(biāo)量函數(shù) g（q）執(zhí)行次要任務(wù)。qg???眾所周知，系統(tǒng)（1） ，控制（2） ，是全局漸近穩(wěn)定的姿態(tài)調(diào)節(jié)任務(wù)。的確，堵漏（2）代入（1）得到：（3）并且，因為 Λ 是一個積極的去無限的對角矩陣， 為閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定??EBP平衡。同時,注意最小化 g 對動態(tài)的任務(wù)沒有影響。4.3、控制框架我們的協(xié)作框架組裝圖 4 所示。框架是由兩個步驟(見圖)的頂部和底部分)(EBEBP?????第 11 頁 共 28 頁別:離線標(biāo)稱軌跡生成步驟,和在線控制器協(xié)同組裝。我們在此大綱框架,然后詳細的組件部分 5 - 7。標(biāo)稱軌跡 7,對應(yīng)于整個裝配操作,控制器的輸入。這是定義為一系列 N 點在關(guān)節(jié)空間中,所應(yīng)遵循的機器人： )(1q???jTjiii R?][,,?（4）在（4）中， 是在迭代 i 到實現(xiàn)標(biāo)稱關(guān)節(jié)角度值。這些映射的逆運jiiq,1,?動學(xué)控制器,操作空間的上方。標(biāo)稱軌跡(4)識別離線通過過程概述了圖 4 的頂部,和詳細的 5 節(jié)。然后,在運行時,7 是適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)占物理與環(huán)境的交互和操作符。為此,一個導(dǎo)納控制器(見第 6 節(jié))轉(zhuǎn)變所需的終端執(zhí)行器構(gòu)成 ，根據(jù)答辯扳手EBEBP????末端執(zhí)行器(力和力矩),表示在框架的支持,我們表示 。這個姿勢變化映射,sh再通過逆運動學(xué)控制器,聯(lián)合校正 Δq,然后應(yīng)用到目前 的路標(biāo)，獲得實際的?共同參考 機器人汽車。索引 i 只要參考軌跡方式點氣已經(jīng)達到增加，也就是?q說，當(dāng) ，其中 聯(lián)合措施，和 δ 的任意的標(biāo)量的閾值（見“的方????2||i ?q式點測序”方框圖 4）的底部。在這之前,安全監(jiān)測。這依賴于兩個驗證。第一在于檢查外部扳手的大小,而第二個使用圖像數(shù)據(jù)處理監(jiān)控操作員的手。安全模塊在第五節(jié)中有詳細描述。5、標(biāo)稱軌跡生成本節(jié)介紹了一代的名義軌跡 使用的控制框架。?5.1、描述的軌跡不失一般性,我們考慮到機器人最終共同價值 定義沿軸與末端執(zhí)行器坐jq標(biāo)系 z 軸(正 對應(yīng)于一個反時針旋轉(zhuǎn)圍繞 z 軸)。這樣的假設(shè),這是符合最新jq的天協(xié)作機器人的運動學(xué)[41],便于每個球插入后哲帕式保持器的樞轉(zhuǎn)。這個樞轉(zhuǎn)將定向接頭，從而在那里下一個球是要被插入的槽，將面對操作者。裝配操作可以分為五個相似的軌跡(每個球一個)僅由哲帕式接頭的取向不同，即，端部執(zhí)行器框架相對于第二到最后一個關(guān)節(jié)幀。這五個方向(見圖 5)的頂部設(shè)計尊重球插入順序顯示在左上角的數(shù)字。第 12 頁 共 28 頁然后將其在本文提出的協(xié)同哲帕式接頭裝配操作是由以下步驟（在圖 5 的底部示出） 。1、終端執(zhí)行器 E 連接內(nèi)插入工具。為此,E 追蹤一條直線段的操作空間。2、 （對于每個球一次）以下的步驟循環(huán) 5 次 - 機器人移動哲帕式接頭，以使每個球的插入。（a）聯(lián)合是傾斜的，以使保持架在操作員的前方打開，然后將機器人保持靜止直到球插入（相機檢測） 。對于此，E 跟蹤圈在操作空間的電?。ㄒ驗?S 的位置和 E 和 S 之間的距離均為常數(shù)） 。（b）使籠子閉合接頭是傾斜的。此外，E 跟蹤圈中的可操作空間的弧。（c）聯(lián)合是帶回步驟 2 的起始位置,再通過 E 跟蹤的弧圓在操作空間。（d）本最后聯(lián)合 被致動以樞轉(zhuǎn)哲帕式接頭，從而使下一個籠子開口將jq面對操作者。具體來說（見圖 5，頂部） ，每個球 IIⅥ，聯(lián)合 必須旋jq轉(zhuǎn)插入后，比較由前值：32-Ⅰ???jq3Ⅰ????jqj 2j 3Ⅰ????jq（5）最后旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變需要調(diào)整機器人的終端執(zhí)行器的初始配置,準(zhǔn)備下一個裝配操 作。3、末端執(zhí)行器斷開連接的內(nèi)套插入工具。為此,E 追蹤一條直線段的操作空間。這些步驟的每個是通過執(zhí)行軌跡獲得，并且所有被連接，以獲得完整的標(biāo)稱軌跡 7（4）中。定義這些軌跡的聯(lián)合,而不是在操作空間,保證它們的可行性(通常 w.r.t.奇點和關(guān)節(jié)限制),并避免錯誤由于編碼器測量不準(zhǔn)確和逆運動學(xué)計算。然而,盡管技術(shù)在關(guān)節(jié)空間中定義,所需的軌跡對應(yīng)行為終端執(zhí)行器的操作空間。唯一的例外是 2(d)的軌跡,這是最好的在關(guān)節(jié)空間中定義的,因為它只包含在控制結(jié)束最后一個關(guān)節(jié)值 主效應(yīng)( ，k=1，.，j-1)。jqkNkq,,2,1??對于其他步驟,相反,任務(wù)是最好的操作空間中定義。第 13 頁 共 28 頁第 14 頁 共 28 頁圖 4.協(xié)同裝配控制框架。上圖：標(biāo)稱軌跡生成。下圖：協(xié)同裝配控制器圖 5.頂部：球插入順序（左） ，手末端執(zhí)行器框架配置簡單插入球 II. VI（右） 。底部：的組裝操作的連續(xù)步驟的快照（步驟 2（a）至圖 2（d）為每個球循環(huán) 5 次，一次） 。5.2、手動執(zhí)行和操作空間的識別最棘手的問題是圓形軌跡的識別應(yīng)遵循在步驟 2(a)-2(c)。這是至關(guān)重要的，因為哲帕式接頭被機器人運動期間身體約束到插入工具，以及不準(zhǔn)確的軌跡可能導(dǎo)致堵塞。其他步驟的軌跡(1、2(d)和 3)來自這些圓形軌跡。事實上:步驟 1 和 3 的軌跡是簡單的直線連接和弧的圓,沒有身體接觸之間的聯(lián)合和插入工具,和 2(d)的軌跡約束的圓,只有取向變化的效應(yīng)。然而,圓的方程在機器人基礎(chǔ)坐標(biāo)系相關(guān)尺寸,配置和姿勢插入工具的支持,這是非常難以準(zhǔn)確衡量。因此,我們設(shè)計了一個基于手動識別過程執(zhí)行名義機器人軌跡。第 15 頁 共 28 頁這個過程依賴于假設(shè)機器人 backdrivable(通過軟件或硬件)。這是協(xié)作在最新的一天機器人[41]。首先,機器人終端執(zhí)行器手動驅(qū)動的步驟 2 的起始姿勢,指出。 這對應(yīng)插入工具連接到內(nèi)部種族、Z 軸的終端執(zhí)行器框架與插入工teachP具。然后,操作者移動機器人終端執(zhí)行器來回幾次沿著圓形軌跡為球后插入。笛卡爾卡盤在機器人基礎(chǔ)坐標(biāo)系的位置記錄在整個操作: },{1EMBtt?3][RZYXTiii ??（6）這組操作空間位置的，這顯然是嘈雜由于操作者的不穩(wěn)定的運動位置的，是美聯(lián)儲的識別算法,在 Matlab?編碼。識別的結(jié)果顯示在左邊的圖 6。首先，球體（在基架半徑 R 和中心位置 ）sBt的最接近的教導(dǎo)軌跡，發(fā)現(xiàn)，通過用 lsqnonlin 非線性最小二乘問題解決：????i sBEisBEisBEitR ZYXsBi ])()()[(mn 222（7）這個球體的中心被設(shè)置為支撐框架的原點，S。其次，通過 S 上的平面上，并且最接近教點被發(fā)現(xiàn)，通過解決與 lsqlin，所述約束線性最小二乘問題：使服從于 ??i EiBiEiBcba ZcYbX2, )1(n 1??sBssBZcYbXa（8）這里,a,b 和 c 是平面的參數(shù)方程 。第三,我們定義步驟1??sBssBZcYbXa2 的起點,指出 P 旋轉(zhuǎn)籠。點 P 由在球體（7）伸出鼓吹第一個獲得的，然后在平面（8） 。這種方式,可以定義 框架軸:Z 是平行的線(SP)和指向 S，X 是平行的平面 和正常s? Tc] b[a指向右邊的操作符，和 Y 就完成了框架。然后,命名問球體之間的交叉和 Y 軸 ，s?弧 的圓的方程是：B第 16 頁 共 28 頁（9）????????sincoi)()( QSPSBSSZZYYXX與 。這兩個軌跡極值 和 根據(jù)設(shè)置手動調(diào)整。這],[],[????Mm mM?些對應(yīng)點 O(開放籠)和 C(封閉的籠子里)。最后,將 P 的弧圓， 的方向下降,Zs任意長度的連接軌跡,我們推導(dǎo)出終端執(zhí)行器初始姿勢,指出在 ψ 設(shè)置所需的采樣間隔，4 點 I，P，O 和 C,通過方程(9),定義的方式提出了終端執(zhí)行器的基礎(chǔ)框架為步驟 1 - 3 述基架的端部執(zhí)行器的：（10）},,,,,,{ IBPCBPBPIB ??????針對每個姿勢，所述末端執(zhí)行器定位 被計算，以使端部執(zhí)行器框架 ZEu?軸穿過 S 和 Y 軸相切的圓，使球 2 籠開口是在操作員的前方（如在圖中第二個快照 5） 。描述識別過程的結(jié)果是左邊的圖 6 所示,我們表明:紅色記錄教位置在灰色插入工具,用綠色標(biāo)識的飛機(最高頂點對應(yīng)),和黑色的采樣軌跡(10)。EiBtQE=OO SB BEPIC PIC第 17 頁 共 28 頁圖 6.左:軌跡識別的結(jié)果與有關(guān)點我(初始)、P(旋轉(zhuǎn)),O(打開籠)和 C(封閉的籠子里),并插入工具(灰色)。右:模擬重現(xiàn)識別路徑(黑)使用逆運動學(xué)控制器。在這兩個人物,基本和終端執(zhí)行器框架也。(解釋引用的顏色在這個圖標(biāo)題,讀者被稱為 web 版本的文章。)5.3、從操作到關(guān)節(jié)空間軌跡以下步驟包括變換操作空間軌跡（10） ，以相應(yīng)的關(guān)節(jié)空間軌跡，前壓為（4） 。對于一般的冗余度機器人，逆地理度量模型，不能在封閉的形式導(dǎo)出。因此，我們使用逆運動學(xué)姿勢控制器（2）以跟蹤軌跡（10） ，如剛才解釋如下。首先，我們定位在初始姿勢 機器人。然后，重命名 有序樣品（10）中，jBPEiBP軌跡跟蹤由在驅(qū)動所述端部執(zhí)行器構(gòu)成姿勢 到下一個所希望的姿勢中的軌跡E（ ） ，并且當(dāng) i 遞增達到 （即只要 和EiBP?? ?Etit????2||，與 和介電常數(shù) 任意兩個標(biāo)量閾值） 。當(dāng) 達到時ru???2|sn| t r? CBE??軌跡終止構(gòu)成，如（10） 。在（10）中徒步記錄在關(guān)節(jié)值，即：（11）},,,,,,{ IPCPOPI qqq??????然后一分為以下五個科幻原始聯(lián)合軌跡：，},{71PIq??，,2OIa?，},,{72CPIbqq???，,2CIc?。 },{73IPq??（12）每個軌跡的指數(shù)與相應(yīng)的步驟相一致，如在本節(jié)開頭列出。為音響五個球插入，軌跡（12）的最后一個關(guān)節(jié)值 必須由（5 ）中的 ΔQ 的值被移位。這jq第 18 頁 共 28 頁相當(dāng)于應(yīng)用下列 迭代規(guī)則：?????????? }Ⅰ{]0,[}2,7},{112 ，，，，BALqoqcbaSTEPBALjBALd BALLST? ? ?（13）此外， 設(shè)置為 0。在實踐中，步驟 2 的三個軌跡是相同的所有網(wǎng)絡(luò)連接Ijq已經(jīng)球，除了最后關(guān)節(jié)角，它是由一個恒定值，在每個新的球插入移位的值。以保證軌道之間的平滑過渡，在哲帕式接頭中步驟 2（d）與（13）中由第二方程所指示的線性插補時樞轉(zhuǎn)。概括地說，用于組裝哲帕式接頭的完全額定軌跡，是由軌跡的下面級聯(lián)給出： ???Ⅰ22Ⅰ2Ⅰ21 7777 dcbadcba?2222 dcbadcba（14）3Ⅰ22Ⅰ77dcba在接下來的部分中，我們將解釋這是如何標(biāo)稱軌跡 7 是用于控制機器人的哲帕式接頭組件操作期間，當(dāng)與環(huán)境和操作者的相互作用力也被考慮在內(nèi)。6、準(zhǔn)入控制導(dǎo)納和阻抗是互惠的概念[30]:阻抗控制產(chǎn)生的力/力矩在響應(yīng)速度,速度導(dǎo)納控制產(chǎn)生力和力矩,在給定的交互端口。這里,我們應(yīng)用一個導(dǎo)納控制器,將接觸扳手映射到期望的偏差終端執(zhí)行器運動的基本框架 通過等效彈簧阻尼系EBP?統(tǒng)。這保證運動的安全性，因為末端執(zhí)行器的軌跡是“自然”變形以避免堵塞。它也使步驟 1 中合機器人，使操作者可以手動引導(dǎo)在插入工具中的內(nèi)圈。機器人與環(huán)境之間的接觸位于 S 和幀 的操作過程中是不動的。由于這些S7原因，導(dǎo)納控制器將依靠施加在端部執(zhí)行器，并表示在支撐框架的扳手中，是簡單的選自 獲取此：EShEh第 19 頁 共 28 頁EShw?（15）和???????ESxESSRtw][0（16）和 旋轉(zhuǎn)矩陣對應(yīng)角度/軸矢量 。在（16）中，可以在從機器人末端ESRESu?執(zhí)行每次迭代中導(dǎo)出所需要的支撐框架的效應(yīng)的相對姿勢 ，并從在所述)(qPSB基架支撐的姿勢， （計算為解釋在 5） 。SBP確保導(dǎo)納控制器只有足夠高值,激活和過濾測量噪聲, 的每個組件都是通ESh過以下靜帶濾波器：???????????61|0,,,, ,,,,,,, ?ihifhifhmiESmiESiiiSiSiadm（17）生成的組件扳手向量 ，實際上是一個輸入導(dǎo)納控制器。死區(qū)六個區(qū)域adm的大小 ，手動調(diào)整,將在下面解釋)。jmh我們考慮一個彈簧阻尼系統(tǒng),零質(zhì)量,和可調(diào)參數(shù)(剛度矩陣 K,阻尼矩陣 B,正定和對角線)：ESSadmPBKh???（18）數(shù)值微分在一個采樣周期 Δt 和重新安排,收益率 關(guān)于時間 t 的表達：ESp?)()()() 11 tBtKhBtKtp ESadmEs ????????第 20 頁 共 28 頁（19）這個控制器依賴于它的輸出在上一次迭代 。最后,一個空間運動)(tPES??變換矩陣是用來轉(zhuǎn)換 到 根據(jù)逆運動學(xué)控制器(2)。ESP?B整個導(dǎo)納控制管道中概述圖 7 所示。調(diào)優(yōu)過程的所有參數(shù)( 和 K 的對角imh,組件和 B,分別指出 和 )如下。61?k?b（1）機器人從插入工具支持不與環(huán)境接觸操縱遠，與端部執(zhí)行。（2）阻尼在（19）中設(shè)置為零，所以 ，由機器人是 的線性函數(shù)EBP?admh（純彈簧模型）來實現(xiàn)。（3）操作員施加外部轉(zhuǎn)矩/力沿每個六個自由度的末端執(zhí)行器，并調(diào)諧死區(qū)范圍 的和剛度 的相應(yīng)值，以獲得所需的死區(qū)容差和靜態(tài)增益。61,?mh61?k（4）B 被導(dǎo)入以除去振蕩：操作員施加的外部扳手，但此時的機器人與（19）的控制，及 被調(diào)諧，以獲得所需的響應(yīng)時間為每個組件。61?b在實驗中使用的值在第 8 節(jié)中給出。圖 7.準(zhǔn)入控制的完整流程，從測量外部扳手哦呵到所需的姿勢變化 。EBP?7、安全本節(jié)介紹了安全模塊。這依賴于兩個試驗。第一個包括在檢查的 任何組ESh件是否比閾值向量的相應(yīng)大一個。 然后，根據(jù)實驗的當(dāng)前階段，機器人或者停第 21 頁 共 28 頁止（'安全停止'）或改變航點，使用將在第 7.1 節(jié)中詳細說明的策略。第二，外部照相機用于監(jiān)視插入的安全性。如果在機器人運動期間的場景中檢測到操作者的手，一個安全停止被觸發(fā)。關(guān)于用于該算法的細節(jié)在第 7.2 節(jié)給出。7.1 處理強烈的外部扳手在末端執(zhí)行器上外部扳手使用不僅作為輸入導(dǎo)納控制器上方,而且監(jiān)控狀態(tài)改變或阻塞情況在裝配操作。也在這里,我們使用的表達式支持幀 派生(15)。ESh的組件也監(jiān)控檢查步驟已經(jīng)完成,或停止運動,以防堵塞。這兩種情況分別由ESh左、右的箭頭表示退出塊測試外部扳手在圖 4。在實踐中,步驟 1 和 2(b)被認為是完成如果任何組件的 大于相應(yīng)的閾值ESh向量 和 。如果是這樣的話,即使最終效應(yīng)尚未到達終點(分別 P 和 C),名義1?b2引用開始轉(zhuǎn)移到下一個軌道(分別為 和 )。在連接軌道 ，我們只監(jiān)控組a27c17件 ：ZESf,][,11 ?????Z??（20）由于這個力是由于哲帕式接頭和插入工具之間的第一個接觸，如果通過的門檻，我們認為要達到的點 P，并啟動第一個斜坡段， 。在籠閉攏相位，Ia27， 的強分量將指示封閉件是完整的，并且該球已在內(nèi)圈被正確插入。然b27ESh后，我們認為 C 點已經(jīng)達成，并扭轉(zhuǎn)運動返回朝 P，按照 。c2在操作時,會觸發(fā)一個安全停止如果任何組件的 大于相應(yīng)的閾值向量 。EShS?機器人被阻塞以避免損壞的部分(或機器人本身),操作員必須手動疏通,恢復(fù)操作。圖像處理模塊(下面解釋)確保運動是沒有恢復(fù)的,而操作員手接觸效應(yīng)。7.2、圖像處理安全與人類和環(huán)境交互,設(shè)計控制器依賴于各種感知數(shù)據(jù)。隨著力/力矩措施監(jiān)控解釋說在前一節(jié)中,我們使用一個相機觀察周圍的場景插入工具。具體來說,相機應(yīng)該檢測算子的手,引發(fā)安全停止,如果附近的手機器人,并重新啟動運動,一旦球被插入。第 22 頁 共 28 頁放置相機的光軸平行插入工具,最大化場景特點。圖像從相機的類型的左下圖 3 所示。只有圖像灰度是,我們假定操作員場景中的淺灰色區(qū)域。為了便于檢測,操作人員戴著白色的手套,和一樓,在終端執(zhí)行器,是黑色的。這是合理的限制,自工業(yè)細胞可以是結(jié)構(gòu)化的,因為圖像處理不是這個工作的主要貢獻。更復(fù)雜的方法,比如[42、43],可以應(yīng)用于放寬這些限制。一個簡單的圖像處理算法推導(dǎo)出 的手,插入工具軸之間的距離(參見圖 3)hd右下角。為此,兩個幾何參數(shù)是預(yù)定義的根據(jù)相機的相對姿態(tài)和工具。這些是:工具的軌跡軸線(A),和一個環(huán)周圍的工具,被認為是相關(guān)的安全。只考慮像素在這個環(huán)(圖中灰色像素被排除在外,在接下來的段落,我們稱這個環(huán)圖像)。然后算法主要包括以下步驟：1、二維高斯濾波器應(yīng)用于圖像改善信噪比。2、圖像二值化：像素變成黑色或白色，其亮度與固定的閾值進行比較。3、一侵蝕和兩個次擴張被施加到所述圖像，以連接類似像素（斑點）的區(qū)域。4、每個白色斑點的圖像中的大小是由相鄰的像素計數(shù)評價。5、最大的選擇白色斑點;如果它足夠大,它被認為是手， 計算。否則，hd是未定義的。hd如果 定義,如果低于最低容忍安全距離,表示 ，安全停止觸發(fā)(見圖 4)。h md當(dāng) 時有效。例如，如果操作者具有如在第 7.1 節(jié)說明手動解鎖機器人，md?機器人將恢復(fù)，只有當(dāng)運動：它已經(jīng)暢通（ 的所有組分比 的更小）和操EShS?作人員的手是在安全（不是在照相機視場，或具有 ） 。這種方法也用于mhd?關(guān)閉哲帕式籠：一旦手離開危險區(qū)域，球被視為插入，并且該機器人開始關(guān)閉相位（步驟 2 的（b） ） 。第 23 頁 共 28 頁圖 7.準(zhǔn)入控制的完整流程，從測量外部扳手 到所需的姿勢變化 。EBhEBP?8、實驗8.1、設(shè)置和標(biāo)稱軌跡生成來驗證我們的框架,我們運行的一系列實驗 7 自由度輕量級庫卡輕水反應(yīng)堆機器人在該方案中所示圖 3(上)。這個機器人是很出名的靈活性,促進其在3IVpHRI 應(yīng)用程序中使用[44]?？刂破鞑蓸訒r間設(shè)置為 ms(ICARO 強加的規(guī)20??t范項目軟件架構(gòu))。 計算控制器(見圖 4)由 Reflexxes 在線軌跡生成平滑?qlibrary4 之前發(fā)送給機器人關(guān)節(jié)。以獲得交互扳手 ，而不是安裝在末端執(zhí)?hE行器上的力傳感器，我們?nèi)∑骄?，?4 個樣品的窗口，由機器人控制裝置通過消防接口 5 每 5 毫秒推定的扳手。這個信號，這是從施加的和測量的關(guān)節(jié)力矩衍生，被證明是對我們的應(yīng)用足夠準(zhǔn)確。用于監(jiān)視人的手的相機從盟軍視覺技術(shù)的 B＆W 的 Stingray F201B，具有分辨率 1024×768 像素。如（2）繼發(fā)性的任務(wù)，我們施加限制聯(lián)合避稅，通過下列標(biāo)成本函數(shù)：?????????712,,2)(kmkMidqqg（21）使用 可用范圍聯(lián)合 k 和 的中點。],[kmq 2)(,,, mkMmidqq??兩個柔順控制器（在作戰(zhàn)和聯(lián)合空間）已經(jīng)嵌入在 KUKA LWR。然而，我們決定使用我們自己的準(zhǔn)入控制器（第 6 部分所述） ，原因有三。首先,我們必須控制機器人關(guān)節(jié)空間(以驗證其配置 w.r.t.環(huán)境和 w.r.t. selfcollisions),同時定義導(dǎo)納特性(扳手引用,阻尼和剛度)的操作空間,這是與庫卡控制器并不可行。第二,導(dǎo)納參數(shù)必須在各種不同的在線裝配步驟,和庫卡控制器只能使用前綴值操作。最后,我們的方法可以應(yīng)用于任何定位與扳手測量工業(yè)機器人,使通用的框架,而不是局限于輕水反應(yīng)堆。第 24 頁 共 28 頁手動教軌跡標(biāo)識(見圖 6(左),作為一個弧半徑為 R 的圓?0.241 米,中心位置B t =[?0.432?0.421 - 0.448]?m 和振幅 弧度。然后,生成相應(yīng)70.1??mM?的關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)軌跡,我們應(yīng)用(2)跟蹤操作空間軌跡(10),庫卡輕水反應(yīng)堆 IV,模擬在 Webots6(見圖 6,對吧)。模擬被用來記錄共同價值觀(11),沒有危及到真正的機器人。我們設(shè)置 ， 和 ，獲得五個基本關(guān)節(jié)軌跡(12)6I??02.t?5.r?的七個關(guān)節(jié),繪制在圖 8 所示。8.2、控制參數(shù)這些軌跡變形在線的外部聯(lián)系,利用導(dǎo)納控制器第六節(jié)中描述。靜帶濾波器,我們應(yīng)用以下閾值： ,(即，力分量低于 8 N 和轉(zhuǎn)矩分量低于 3NmT3] 8[?mh不考慮)。剛度和阻尼矩陣組件設(shè)置為：Nk/250,1?mNk/503 mradk/1706,54?msb/.2,1 sb/1.3?Nsb/3.6,54（22）閾值向量用于檢查步驟已經(jīng)完成,或停止運動(見 7.1 節(jié)),如下(力表示 N,時刻 Nm)?！?為了驗證 P 已經(jīng)達到（即，該工具已被插入） ，我們只監(jiān)視 ，根據(jù)ZEsf,（20）： 。Nz40,1??● 要驗證關(guān)閉完成后，我們將扳手與閾值進行比較：Tb]15704[2?（23）用于設(shè)定 上比 和 較小閾值的原因，在我們的設(shè)置，當(dāng)閉合完YESf,XESf,ZSf,成時，最相關(guān)的力沿支承框 Y 軸顯示（參照圖 3） ?！?要阻止機器人：Ts ]2570[??（24）在這種情況下，所有的方向被認為是同樣相關(guān)。第 25 頁 共 28 頁雖然我們使用的菲斯普庫[45]進行可視化，探測和跟蹤了選購增氧機手的圖像處理算法進行了從無到有，如第 7.2 節(jié)解釋。為考慮手的危險閾值被設(shè)置到 像素，而相關(guān)的環(huán)形最小和最大半徑分別為 180 和 750 個像素。整30?md個圖像處理流水線只需要 5 毫秒，遠低于這兩個控制器（20 毫秒）和相機圖像采集卡（33 毫秒）采樣時間。8.3、結(jié)果與討論實驗包括在具有多種用戶接入網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在哲帕式接頭球。我們特此討論這些實驗，其示于圖 9，并且在可用的視頻在 https://youtu.be/3KWduKKSyy8。在圖 1 的頂部。 9，一個完整的成功實驗的相關(guān)步驟被示出。這些包括：工具連接/斷開（1，8） ，球插入（2，3,7） ，關(guān)節(jié)樞軸（4,5） ，視力觸發(fā)緊急停止（6） ，和聯(lián)合手動卸除（9，10） 。該實驗中得到的關(guān)節(jié)軌跡繪制在圖 10.在這張圖，用視覺激活緊急停止以黃色突出顯示，并為每個球的插入相用黑色矩形表示。相應(yīng)地，機器人運動停止。作為曲線顯示， 是對每個五個球的相同。而 的變化，以樞轉(zhuǎn)籠的下球插61?q7q入開始前（剛垂直虛線之前） 。在當(dāng)前版本的軟件,插入的最后階段被鍵盤按通知,恢復(fù)機器人運動。原因是,它是非常困難的,和不必要的,自動確定這個狀態(tài)。在未來的工作中,可以通過一個踏板,這個通知操作員的手自由。導(dǎo)納控制器是必不可少的,以避免堵塞,漸變機器人和工具,系統(tǒng)地停用時發(fā)生。其效果可以看到在圖 11 中,我們繪制的組件外部扳手 ,連同相應(yīng)的關(guān)節(jié)ESh軌跡的變化。除了對 的峰（在紅色曲線頂部） ，它發(fā)生在每個網(wǎng)絡(luò)連接的YESf,五個插入階段，可以看出，在整個組件中，導(dǎo)納控制器誘導(dǎo) 0.02 弧度量級的變化（1 度） ，以關(guān)節(jié)接頭值。雖然整個組件大約需要 120 秒，即幾乎比手動多了一個 4 倍，從以下幾個方面必須考慮的。●部分延誤的原因是當(dāng)前單元配置。特別是，哲帕式接頭打開時，保持架是水平的。這個球插入任務(wù)變得復(fù)雜，并使得，在該實驗中，操作者放下第二球到地面，使 25 號插入階段（第一個黑色矩形圖 10） 。為了解決這個問題，在今后的工作中，我們計劃傾斜插入工具 w.r.t.地面上，這樣，殼體是球插入期間的水平?！裎覀兲匾鉀Q定在允許物理人機交互（ ）的最大速度的 40％運行。125.0?ms事實上，在整個實驗中，工具中心點的速度總是低于 。然而，考慮到低1.?的圖像處理采樣時間（5 毫秒） ，我們相信,增加機器人的速度向 限制125.0?ms第 26 頁 共 28 頁不會帶來問題?！褡⒁猓词箙f(xié)同裝配在允許物理人機交互的最大速度（ ）執(zhí)行125.0?ms時，它仍然會比說明書一慢。然而，由于在一個周期時間的操作員活動較小，但有可能有更多的機器人與單個操作人員的工作，以便利用他/她的生產(chǎn)時間?！窳硪粋€增益可以通過步驟 2（c）在樞轉(zhuǎn)哲帕式接頭而獲得。這將抑制步驟 2（d）中，目前采用的整個循環(huán)時間（每球 2.5 秒）大約 10％。●協(xié)作機器人的組裝實質(zhì)上降低勞損的相對于手工裝配的風(fēng)險，因為大多數(shù)體力的由機器人來實現(xiàn)。事實上，操作者負載由約 60％降低，而且，按照此工作中，哲帕式裝配單元是在 PSA 工效學(xué)規(guī)模(從“紅” “中”級)。圖 8.五個原始在關(guān)節(jié)空間軌跡,通過逆運動學(xué)在 Webots(橫坐標(biāo):迭代次數(shù),縱坐標(biāo):關(guān)節(jié)角在 rad)。第 27 頁 共 28 頁圖 9.上圖：第一個實驗。 （1）工具連接。 （2，3）第二球插入。 （4，5）的聯(lián)合樞轉(zhuǎn)。 （6）視覺觸發(fā)緊急停止。 （7）第六球插入。 （8）工具斷開。 （9，10）卸載組裝哲帕式接頭。下圖：第二個實驗。 （11，12） 。操作員疏導(dǎo)用錘子關(guān)節(jié)。 （13，14）的運動恢復(fù)和一個新的球可以插入。圖 10.關(guān)節(jié)軌跡,在第一次實驗(橫坐標(biāo):時間,縱坐標(biāo):關(guān)節(jié)角在 rad)。緊急第 28 頁 共 28 頁停止激活視覺以黃色突出顯示,和插入階段為每個球與黑色的矩形表示。(解釋引用的顏色在這個圖標(biāo)題,讀者被稱為 web 版本的文章。)圖 11.六個組件的外部扳手 (頂部,在 N 和 Nm),和相應(yīng)的關(guān)節(jié)軌跡的變化ESh,由導(dǎo)納控制器(底部,在 rad)。橫坐標(biāo)的時間尺度是相同的圖 10 所示。(解q?釋引用的顏色在這個圖標(biāo)題,讀者被稱為 web 版本的文章。)實驗重復(fù)了兩個用戶,顯示系統(tǒng)的簡單性和魯棒性。這段視頻顯示了四個實驗,整個裝配完成后,通過每個用戶的兩倍。最后一個實驗(見圖 9)的底部是特別感興趣的,因為它顯示了機器人運動受阻情況下由于過度外部扳手(上圖閾值(24)。在這種情況下,用戶必須手動開啟籠子里,用錘子,直到運動簡歷(當(dāng)扳手返回在安全范圍內(nèi))。指出,這是值得注意的有經(jīng)驗的用戶也常常發(fā)生在手工裝配。通常,輕微錯位的第三球可以堵塞內(nèi)部種族和住房,需要用錘子干預(yù)。我們的框架的優(yōu)點是,這些情況下自動管理在高級別上,避免永久性堵塞的機器人。