機械手外文翻譯--機械手的機械和控制系統(tǒng)(譯文）

1、 中文 中文 6420 字， 字，4000 單詞， 單詞，2 萬英文字符 萬英文字符出處： 出處：Osswald D, Wrn H. Mechanical System and Control System of a Dexterous Robot Hand[C]// 2004.機械手的機械和控制系統(tǒng)D Osswald，H Wrn摘要: 最近，全球內帶有多指夾子或手的機械人系統(tǒng)已經發(fā)展起來了， 多種方法應用其上，有

2、擬人化的和非擬人化的。不僅調查了這些系統(tǒng)的機械結構,而且還包括其必要的控制系統(tǒng)。如同人手一樣，這些機械人系統(tǒng)可以用它們的手去抓不同的物體，而不用改換夾子。這些機械手具備特殊的運動能力（比如小質量和小慣性），這使被抓物體在機械手的工作范圍內做更復雜、更精確的操作變得可能。這些復雜的操作被抓物體繞任意角度和軸旋轉。本文概述了這種機械手的一般設計方法，同時給出了此類機械手的一個示例，如卡爾斯魯厄靈巧手Ⅱ。本文末介紹了一些新的構想，如利用液體驅

3、動器為類人型機器人設計一個全新的機械手。關鍵詞：多指機械手；機器人手；精操作；機械系統(tǒng)；控制系統(tǒng)1. 1. 引言 引言2001 年 6 月在德國卡爾斯魯厄開展的“人形機器人”特別研究，是為了開發(fā)在正常環(huán)境（如廚房或客廳）下能夠和人類合作和互動的機器人系統(tǒng)。設計這些機器人系統(tǒng)是為了能夠在非專業(yè)、非工業(yè)的條件下（如身處多物之中），幫我們抓取不同尺寸、形狀和重量的物體。同時，它們必須能夠很好的操縱被抓物體。這種極強的靈活性只能通過一個適應性極

4、強的機械人手抓系統(tǒng)來獲得，即所謂的多指機械手或機器人手。上文提到的研究項目，就是要制造一個人形機器人，此機器人將裝備這種機器人手系統(tǒng)。這個新手將由兩個機構合作制造，它們是卡爾斯魯厄大學的 IPR（過程控制和機器人技術研究院）和 c（計算機應用科學研究院）。這兩個組織都有制造此種系統(tǒng)的相關經驗，但是稍有不同的觀點。IPR 制造的卡爾斯魯厄靈巧手Ⅱ（如圖 1 所示），是一個四指相互獨立的手爪，我要確定手指的尺寸和安置位置，可以采用兩種方法：

5、擬人化和非擬人化。然后將取決與被操作的物體以及選擇何種期望的操作類型。擬人化的安置方式很容易從人手到機器人手轉移抓取意圖。但是每個手指不同的尺寸和不對稱的安置位置將增加加工費用，并且是其控制系統(tǒng)變得更加復雜，因為每個手指都必須分別加以控制。對于相同手指的對稱布置，常采用非擬人化方法。因為只需加工和構建單一的“手指模塊”，因此可減少加工費用，同時也可是控制系統(tǒng)簡化。3.2 驅動系統(tǒng)指關節(jié)的驅動器對手的靈活度也有很大的影響，因為它決定潛在的

6、力量、精度及關節(jié)運動的速度。機械運動的兩個方面需加以考慮：運動來源和運動方向。在這方面，文獻里描述了有幾種不同的方法，如文獻[3]中說可由液壓缸或氣壓缸產生運動，或者，正如大部分情況一樣使用電動機。在多數(shù)情況下，運動驅動器（如電機）太大而不能直接與相應的指關節(jié)結合在一起，因此，這個運動必須由驅動器（一般位于機器臂最后的連接點處）轉移過來。有幾種不同的方法可實現(xiàn)這種運動方式，如使用鍵、傳動帶以及活動軸。使用這種間接驅動指關節(jié)的方法，或多或

7、少地降低了整個系統(tǒng)的強度和精度，同時也使控制系統(tǒng)復雜化，因為每根手指的不同關節(jié)常常是機械地連在一起，但是在控制系統(tǒng)的軟件里卻要將它們分別獨立控制。由于具有這些缺點，因此小型化的運動驅動器與指關節(jié)的直接融合就顯得相當必要。3.3 傳感系統(tǒng)機器手的傳感系統(tǒng)可將反饋信息從硬件傳給控制軟件。對手指或被抓物體建立一個閉環(huán)控制是很必要的。在機器手中使用了 3 種類型的傳感器：1. 手爪狀態(tài)傳感器確定指關節(jié)和指尖的位置以及手指上的作用力情況。知道了指

8、尖的精確位置將使精確控制變得可能。另外，知道手指作用在被抓物體上的力，就可以抓取易碎物件而不會打破它。2. 抓取狀態(tài)傳感器提供手指與被抓物體之間的接觸狀態(tài)信息。這種觸覺信息可在抓取過程中及時確定與物體第一次接觸的位置點，同時也可避免不正確的抓取，如抓到物體的邊緣和尖端。另外還能察覺到已抓物體是否滑落，從而避免物體因跌落而損壞。3. 物體狀態(tài)或姿態(tài)傳感器用于確定手指內物體的形狀、位置和方向。如果在抓取物體之前并不清楚這些信息的情況下，這種