外文翻譯--平衡機(jī)器人手臂重量的設(shè)備和方法.doc

平衡機(jī)器人手臂重量的設(shè)備和方法本發(fā)明包括一個(gè)擁有液壓彈簧,特別是氣壓彈簧的補(bǔ)償機(jī)器人機(jī)械手臂重量的裝置和一個(gè)控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的控制裝置，還有一種補(bǔ)償機(jī)器人手臂重量的方法。在這種方法中機(jī)器人手臂的重量補(bǔ)償是由液壓彈簧，特別是氣壓彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)這種方法也實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的控制。補(bǔ)償靜載荷的機(jī)器人一般配備一個(gè)體重補(bǔ)償器，例如機(jī)器手臂的可移動(dòng)平衡臺(tái)。為了達(dá)到調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)哪康?，可以用運(yùn)動(dòng)方程式對(duì)由機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)器所決定的控制系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)特性進(jìn)行調(diào)整。運(yùn)動(dòng)方程式可由已知條件得出，根據(jù)已知的平衡條件可以按其坐標(biāo)軸列出機(jī)器人手臂位置的函數(shù)。如果該方程組是解決根據(jù)驅(qū)動(dòng)的時(shí)刻,詳細(xì)的理想模式的速度和驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)為現(xiàn)在的時(shí)刻。如果根據(jù)對(duì)驅(qū)動(dòng)時(shí)間的要求可以列出方程組，則機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的理想速度和驅(qū)動(dòng)時(shí)間就可以由這個(gè)方程組得出。用這種方法所得到的理想值通?？梢杂糜陬A(yù)先控制的目的。而在理想情況下，如果對(duì)機(jī)器人的真實(shí)運(yùn)動(dòng)有精確的數(shù)學(xué)建模，則控制偏差是不會(huì)出現(xiàn)的，在實(shí)踐中，為了補(bǔ)償模型的誤差，必須要有一個(gè)控制器。這就需要在機(jī)器人上安裝一個(gè)伺服控制器，例如PLD控制器，這樣控制器就可以通過(guò)調(diào)整機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?。這樣的機(jī)器人手臂可以在任何時(shí)候以最大速度或最大加速度運(yùn)動(dòng),而不超過(guò)允許的范圍。眾所周知的氣體彈簧，比如用于固定機(jī)器人手臂的彈簧，處于偏斜狀態(tài)，當(dāng)它受到壓縮或拉伸時(shí)，便依靠機(jī)器人把壓力轉(zhuǎn)化為所說(shuō)的偏移力。然而，當(dāng)用這種氣體彈簧時(shí)的一個(gè)固有缺陷是這樣一種事實(shí)，即：氣體彈簧的偏斜力和它受力之間的關(guān)系只有在氣體達(dá)到理想氣壓平衡時(shí)才成比例。因?yàn)樵谔囟ǖ母邭鈮合?，氣體不再是理想的方式工作，加壓升溫，減壓降溫，氣體彈簧產(chǎn)生的力要考慮波動(dòng)范圍。一方面，壓力改變導(dǎo)致了負(fù)載補(bǔ)償波動(dòng)，另一方面，不恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用了驅(qū)動(dòng)能源，因?yàn)榘踩脑?，必須限制機(jī)器人的功率。另外，由于檢測(cè)不到因氣體彈簧泄漏而產(chǎn)生的氣壓下跌，會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人過(guò)載而損。同時(shí)根據(jù)上述缺點(diǎn),這種發(fā)明要解決的問(wèn)題是提出一種方法和裝置來(lái)補(bǔ)償上述類型機(jī)器人的機(jī)器手臂的重量。在一個(gè)上述類型裝置中,這個(gè)發(fā)明解決了這個(gè)問(wèn)題，它是通過(guò)壓力傳感器測(cè)量流體彈簧的液壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為解決這個(gè)問(wèn)題,，根據(jù)導(dǎo)言，在機(jī)器人手臂重量補(bǔ)償方法中,液體彈簧的液體壓力就可以被測(cè)量。通過(guò)測(cè)量封閉在氣體彈簧的氣體的壓力，可以得到機(jī)器人的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)狀況。壓力傳感器的高可靠性和高精確度使得機(jī)器人可以達(dá)到它的承載極限，因此也就使機(jī)器人以最高效率工作。壓力傳感器的高可靠性和高精確度也可以通過(guò)壓力下降檢測(cè)流體彈簧的泄漏。在理想的情況下，為了在壓力達(dá)到壓力極限時(shí)產(chǎn)生信號(hào)，壓力傳感器根據(jù)發(fā)明要求必須連接一個(gè)或幾個(gè)感應(yīng)器。為了使機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在過(guò)載或載荷十分低的情況時(shí)能自動(dòng)的停止，感應(yīng)器以最優(yōu)的方式連接到過(guò)載保護(hù)裝置。這樣，在壓力非常高的情況下（比如機(jī)器臂達(dá)到極限位置）或在壓力非常低的情況下（比如氣體彈簧有泄漏），機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)的停止。因此可以可靠地避免機(jī)器人受損和過(guò)載。在另一個(gè)理想的情況下，機(jī)器人補(bǔ)償裝置的體重有監(jiān)測(cè)裝置，它是通過(guò)流體壓力傳感器用于監(jiān)視測(cè)量液壓彈簧的壓力。同時(shí)為了預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的故障，它也需要被精確的制造，以便能檢測(cè)到液體的壓力隨時(shí)間的變化。在特定的情況下,用于監(jiān)視測(cè)量液壓彈簧的壓力和其隨時(shí)間變化的監(jiān)測(cè)裝置是機(jī)器人手臂位置控制的一種功能。這樣一種監(jiān)測(cè)每個(gè)機(jī)器人手臂中液體壓力的監(jiān)測(cè)裝置，可以通過(guò)調(diào)整和優(yōu)化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)調(diào)整手臂的運(yùn)動(dòng)。另外，沿面的壓力變化及壓力分布的異常也可以測(cè)量出來(lái)，然后就可以獲取一些信息，例如機(jī)器人需要維修的信息。這樣液體壓力可以被精確的測(cè)量，并在壓力達(dá)到預(yù)設(shè)的液壓極限和機(jī)器人驅(qū)動(dòng)斷開的高低壓極限時(shí)，起到防止過(guò)載和毀壞的作用。在理想的情況下，測(cè)量得來(lái)的液壓彈簧的壓力特別是壓力分布是被監(jiān)測(cè)的，并作為是機(jī)器人手臂位置的一種功能。在機(jī)器人控制裝置中,它的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)行為被數(shù)學(xué)模擬在一個(gè)方程組，這使得有可能從開車(發(fā)動(dòng)電機(jī))的時(shí)刻開始計(jì)算的每個(gè)驅(qū)動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)時(shí)間，并使得所有的影響(重力、摩擦、慣性、離心力,支持力量,等等)考慮到內(nèi)，這也使得有可能從電機(jī)在完成實(shí)際運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的軸位置、速度和加速度實(shí)際情況(預(yù)定的時(shí)刻和給定的,最大限度地利用現(xiàn)有的馬達(dá)和齒輪的時(shí)刻來(lái)確定最大允許的加速度的軸。)（質(zhì)量包括承諾書的重量,慣性機(jī)器人的機(jī)械部件的質(zhì)量和慣性負(fù)載的有用工具、安裝(負(fù)荷)、電機(jī)、齒輪、摩擦、重力、科氏、離心和支持的時(shí)刻,以及車軸位置。利用前項(xiàng)輸入值，該模型可以計(jì)算實(shí)際所需要的驅(qū)動(dòng)時(shí)間，然后對(duì)驅(qū)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行控制。該方法簡(jiǎn)化并因此提高了機(jī)器人的駕駛調(diào)控靜態(tài)和動(dòng)態(tài)精度。在理想的情況下,在計(jì)算的時(shí)間里，驅(qū)動(dòng)調(diào)整器沒有工作。在實(shí)踐中，由于模型的不完整和沒有預(yù)設(shè)值，驅(qū)動(dòng)調(diào)整器也必須補(bǔ)償錯(cuò)誤值。除了這個(gè)預(yù)定時(shí)刻，模型同時(shí)還提供動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃/旅行剖面生成模塊的信息,以確保加速/減速斜道,總以這樣一種方式傳播最裝載軸與允許最大速度值。這允許在沒有超過(guò)極限的時(shí)候到達(dá)最大的傳動(dòng)動(dòng)力。至此，在原則上，重量補(bǔ)償器的支撐力已經(jīng)被考慮，在這一過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算液壓缸內(nèi)的壓力可以得出重量補(bǔ)償器的位置。這個(gè)計(jì)算具有預(yù)置的常量,從而不考慮在實(shí)際操作的偏差。由于絕熱過(guò)程，漏、溫度和/或時(shí)間壓力分布引起了這些偏差。這些偏差導(dǎo)致了控制系統(tǒng)工作量的增加和故障或錯(cuò)誤狀態(tài)(錯(cuò)誤的壓力設(shè)定值,不正確的參數(shù)模型,強(qiáng)烈頭的壓力損失、損害、故障等)的不可測(cè)性,除非在十分明顯的時(shí)候，才能測(cè)得。為了避免這些缺點(diǎn),在這項(xiàng)發(fā)明中，為了調(diào)整機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)液壓彈簧壓力的參數(shù)，壓力傳感器應(yīng)連接到機(jī)器人控制裝置,所以在這項(xiàng)發(fā)明中，這種機(jī)器人的預(yù)設(shè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)得到改進(jìn)，因此實(shí)際的控制系統(tǒng)的工作量減少。機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)控制的參數(shù)轉(zhuǎn)化為可測(cè)的液體壓力，因此手臂移動(dòng)的數(shù)據(jù)可以被自動(dòng)調(diào)整。根據(jù)這項(xiàng)發(fā)明，通過(guò)這些測(cè)量，可是從忽略壓力計(jì)算不精確值得角度來(lái)減少控制系統(tǒng)的工作量。而且也不需要為了保證安全的正面或負(fù)面的補(bǔ)充措施，所以運(yùn)動(dòng)動(dòng)力的到改進(jìn)，機(jī)器人的承載能力也得到提高。而且通過(guò)對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)和測(cè)量所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較可以檢查出異常情況。也有可能在選定的記錄壓力值的情況下,在一個(gè)日志文件進(jìn)行診斷和維修的目的在機(jī)器人控制中，作為一種新穎地，能自動(dòng)適應(yīng)的測(cè)量方法，它不需要復(fù)雜壓力調(diào)節(jié)裝置。壓力彈簧可以被制造成完全被動(dòng)的，無(wú)規(guī)律的形式。DeviceandmethodforbalancingtheweightonarobotarmTheinventionrelatestoadeviceforcompensatingtheweightofarobotarmofarobot,havingafluidspringparticularlyagasspring,andwithacontroldeviceforcontrollingthemovementsoftherobot,aswellastoamethodforcompensatingtheweightoftherobotarm,inwhichtheweightcompensationoftherobotarmisbroughtaboutbyafluidspring,particularlyagasspringandthemovementsoftherobotarecontrolled.Forcompensatingstaticloadsarobotisgenerallyprovidedwithaweightcompensationdevice,whichcane.g.beconstructedasamovablecounterweighttotherobotarm.Foradjustingsuchadeviceforweightcompensationpurposes,itise.g.knowntomodelthedynamicandstaticbehaviourofthecontrolledsystemfixedbytherobotmechanicsandrobotdrivemathematicallybymeansofthemotionequationsforthecompleterobot.Inthemotionequationsobtainedtheequilibriumconditionscanbesetasafunctionofthepositionoftherobotarmforeachcoordinateaxis.Ifthisequationsystemisresolvedaccordingtothedrivemoments,thedetaileddesiredpatternofspeedanddrivemomentsforpresentrobotaremovementsareobtained.Thedesiredvalueobtainedinthiswaycangenerallybeusedforprecontrolpurposes.Whereasintheidealcase,withexactmathematicalmodellingoftherealmovementconditionsoftherobot,nocontroldeviationoccurs,inpracticeacontrollerisunavoidableinordertocompensatetheerrorsofthemodel.Forthispurposeitise.g.necessarytosubjectthecontroller,e.g.constructedasaPIDcontroller,usingafinalcontrolelementtotheactualmovementconditionsoftherobot,sothatthecontrollerisabletoreadjustthedifferences.Inthiswaytherobotarmcanbeoperatedatanytimewithmaximumpossiblespeedormaximumpossibleacceleration,withoutexceedingthepermittedlimits.Forexamplegasspringsareknown,whicharee.g.asfixedtoarobotarm,thatinthecaseofadeflectionthereoftheyundergocompressionorstretchingandconsequentlyconvertthepressuredependentonrobotaredeflectionintoaforcedependentonsaiddeflection.However,aparticulardisadvantagewhenusingsuchgasspringsisthefactthattherelationshipbetweenthedeflectionandforceortensionofagasspringisonlyproportionalforaslongasthebehaviorofthegascanbeapproachedtotheidealgasequation.Sinceinparticularathighergaspressures,thegasnolongerbehavesinanidealmannerandheatsoncompressionandcoolsondepression,theforceproducedbymeansofgasspringshasaconsiderablefluctuationrange,whichontheonehandleadstoafluctuatingloadcompensationasaresultofpressurecha