物料搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)(全套含CAD圖紙和文檔)
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普通機(jī)床物料搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)
附錄1:譯文
1.介紹
朱等人已經(jīng)提出了一種名為“虛擬分解控制”的系統(tǒng)方法,其能夠?qū)崿F(xiàn)各種控制目標(biāo)而不限制目標(biāo)機(jī)器人系統(tǒng)。人。 (1997年)?;舅枷胧菍⒄麄€(gè)機(jī)器人系統(tǒng)“切”成物體并打開鏈條。一個(gè)物體通常是一個(gè)剛體,為其提供了運(yùn)動(dòng)/力控制規(guī)范。開放鏈?zhǔn)怯申P(guān)節(jié)連接的一系列剛性連接。因此,完整的機(jī)器人系統(tǒng)的控制問題被轉(zhuǎn)換成每個(gè)子系統(tǒng)的多個(gè)控制問題 - 一個(gè)對象或一個(gè)開放的鏈。結(jié)構(gòu)參數(shù)不確定性是用獨(dú)立的參數(shù)適應(yīng)法則處理的。每個(gè)雙物理連接的子系統(tǒng)之間的動(dòng)態(tài)相互作用完全由一個(gè)稱為虛功率流量的標(biāo)量項(xiàng)表示在它們之間的切點(diǎn)上。在本文中,這種新穎的控制方法被用于控制一個(gè)六聯(lián)合工業(yè)機(jī)器人KUKA361執(zhí)行混合運(yùn)動(dòng)/力量任務(wù)。
2.虛擬分解控制
對于一個(gè)特定的系統(tǒng) - 一個(gè)配備有位于手腕處的SCHUNK力傳感器F450 / T45(測量范圍為450N和45Nm)的限制運(yùn)動(dòng)的KUKA361機(jī)器人,參見圖1,在該位置放置一個(gè)“切割點(diǎn)” 的力傳感器,使得機(jī)器人系統(tǒng)被虛擬地分解成一個(gè)物體和一個(gè)基底固定的開放鏈。 該對象是從機(jī)器人上切割下來的結(jié)構(gòu),而底部固定的開放鏈條是除聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)之外的六聯(lián)KUKA361機(jī)器人。 框架C被分配并固定到“切割點(diǎn)”,并且框架O被固定到端部效應(yīng)器。
對象的動(dòng)態(tài)方程(作用因子)被描述為(Zhu,et。al。,1997):
ModdtoX+CooX+Go=oF, (1)
其中MO∈R6×6是恒定的并且CO∈R6×6是偏斜對稱的。 MO,CO和GO∈R6的顯式表達(dá)式由equ給出。 (Zhu,et。al。,1997)的(17),用O代替Oi; OX∈R6表示幀O的廣義線性/角速度,以幀O表示; OF∈R6表示在框架O中表達(dá)的凈力/力矩(包括10i)。由于末端效應(yīng)器的運(yùn)動(dòng)受γ維約束,0 <γ<6,因此就一般建模方法而言 De Luca和Manes,1994)
oX=Tx (2)
oF=°UCcF-Ym?m-Yfφf (3)
其中T∈R6×(6-γ)是等級6-γ,Ym∈R6×(6-γ),Yf∈R6×γ是等級γ,χ∈R6-γ是獨(dú)立的速度坐標(biāo),φm∈ R6-γ,且φf∈Rγ表示約束力的獨(dú)立坐標(biāo); OUC∈R6×6是一個(gè)力/力矩轉(zhuǎn)換矩陣,它將框架C中表示的力/力矩轉(zhuǎn)換為框架O中表示的力/力矩; 并且CF∈R6表示在位于力傳感器處的“切割點(diǎn)”處施加的力/力矩(從開放鏈向物體)。 因此,在這種特殊情況下,CF也是可以衡量的。
圖1.與環(huán)境接觸的KUKA361機(jī)器人。
備注2.1:注意(2)中的T取代(De Luca和Manes,1994)中的[TK TD]。 這意味著純粹的自由運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)都是以統(tǒng)一的方式處理的。 因此,Ym可以包含與純自由運(yùn)動(dòng)相對應(yīng)的零值列。 正交性TTYf = 0按照等式成立。 (18)(De Luca和Manes,1994)。
備注2.2:等于。 (3)中,φm表示動(dòng)力的坐標(biāo),見(De Luca和Manes,1994)。 一般來說,動(dòng)態(tài)環(huán)境的摩擦力,阻尼和彈簧力都可以建模為φm。 在不失一般性的情況下,假定任何動(dòng)態(tài)環(huán)境的質(zhì)量屬性都已包含在末端效應(yīng)器中,因此φm不包含任何慣性力。 因此,φm與狀態(tài)有關(guān),可以用線性參數(shù)表示
φm=ym*?m (4)
其中Y * m是作為可測量狀態(tài)函數(shù)的回歸矩陣,θm是相應(yīng)的參數(shù)向量。 它遵循
Ym?m=ymθm , ym=Ymym* (5)
Yf的偽逆被表示為Y#f,使得Y#f Yf =Iγ。 因此,矩陣[TY #T f]∈Rn×n是可逆的 TYf#T-1=∩TYfT (6)
其中Ω∈R6×(6-γ)是由(6)定義的矩陣。 在確定了Y#f之后,速度矢量OX可以被重寫為 oX=Tχ+Yf#Tχf (7)
其中χf∈Rγ表示與約束關(guān)聯(lián)的速度坐標(biāo)。 請注意,約束條件成立時(shí),χf= 0。
生產(chǎn)者所需的凈力/力矩設(shè)計(jì)為
OFr=OFr*+KOOXr+OX (8)
OFr*=?yO+ymθm+Yfφfr (9)
OXr表示OX所需的矢量,并將在下一節(jié)中進(jìn)行設(shè)計(jì); KO是一個(gè)正定的增益矩陣; φfr∈Rγ表示φf所需的向量; θm表示θm的估計(jì)值; θO表示θO∈R13的估計(jì)值,它是對象的一個(gè)參數(shù)向量,并由θ來控制
請注意,Y∈R6×13表示一個(gè)回歸矩陣,
其中χ* r∈Rn-γ表示稍后需要指定的設(shè)計(jì)向量。
θO的詳細(xì)表達(dá)式是
其中mO是質(zhì)量; Or = [Orx,Ory,Orz]T∈R3表示從幀O的原點(diǎn)朝向質(zhì)心的向量,其表示在幀O中; Ixx,Iyy,Izz,Ixy,Ixz和Iyz是圍繞質(zhì)量中心的慣性元素,用O幀表示。θO的每個(gè)元素由Zhu和De Schutter(1999)定義的P函數(shù)(第311頁的等式(4))更新為
其中(θO)j表示θO的第j個(gè)元素,(yO)j分別表示y0的第j列,j = 1,...,13; cOj> 0是更新增益; (θO)-j和(θO)+ j分別表示(θO)j(θO的第j個(gè)元素)的下限和上限。 θm的第j個(gè)元素被更新
(θm)-j和(θm)+ j分別表示(θm)j(θm的第j個(gè)元素)的下限和上限,其中cmj> 0,(Ym)j表示第j列的Ym。
通過將基礎(chǔ)速度設(shè)置為零,基礎(chǔ)固定鏈特別適用于開放鏈。 這個(gè)開放鏈條共有6個(gè)連接點(diǎn)和6個(gè)連接點(diǎn)。 聯(lián)合k,k = 1,...,6,連接鏈路k-1與鏈路k(鏈路0固定在地面)。 框架Bk被固定到沿其第k個(gè)關(guān)節(jié)的Z軸的第k個(gè)連桿。 開鏈的動(dòng)力學(xué)由剛性連接的動(dòng)力學(xué)組成,表示為BkF,其特征在于(1)其中框架O相應(yīng)地由Bk代替,并且關(guān)節(jié)的動(dòng)力學(xué)特征為
其中I * k∈R是等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量; q k∈R是關(guān)節(jié)位移; ξk(t)∈R是摩擦力/轉(zhuǎn)矩,dk∈R表示恒定的不確定性; τk∈R是聯(lián)合控制力/轉(zhuǎn)矩; τk∈R是關(guān)于動(dòng)力學(xué)的凈力/力矩; BkF∈R6表示從鏈路k-1向鏈路k施加的施加力/力矩,用框架Bk表示; Zk∈R6是沿第k個(gè)關(guān)節(jié)軸的投影向量。 在本文中,摩擦力的形式為
即考慮庫侖和粘性摩擦,其中kkk> 0且kvk> 0分別表示庫侖粘滯系數(shù)和粘滯摩擦系數(shù)。
惡趣。 (Zhu,et。al。,1997)中的(2)式得到CX = OUT C OX,OX = CUT O CX,其中CUO = OU-1C。 一個(gè)可逆雅可比矩陣J∈R6×6定義為CX = J˙q,其中q = [q1,...,q6] T∈R6表示關(guān)節(jié)速度。 因此,所需的速度CXr = O UT COXrand˙qr= J-1 CXr = J-1 OUT COXr被獲得。 那么,BkX∈R6和BkXr∈R6可以根據(jù)q和qr遞歸地獲得。
通過應(yīng)用(8)和(9)而沒有在(9)的右側(cè)的最后兩項(xiàng),用Bk代替下標(biāo)O,并且替換OX來獲得鏈接k所需的凈力/力矩,表示為BkFr * r與BkXr。 這形成了Fr = [0 T 6,B1FT r,...,B6FT r] T∈R 42.因此,沿節(jié)點(diǎn)所需的投影力/力矩表示為Fz r = [(ZT 1 B1Fr),... ·,(ZT 6 B6Fr)] T∈R6,是根據(jù)equ的前六行得到的。 (Zhu,et。al。,1997)的(34)式,通過消除所有項(xiàng)中的下標(biāo)j并設(shè)定lj = 6和Tj = C,使得
附錄2:英文翻譯
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