兩足行走機器人臂部結構部分設計說明書外文翻譯3

1、摘要：本文介紹了獨立動力的平面單臂機器人的構思和初步結果。機器人二個度由液壓油驅動，一個臂控制。它運用的是反推裝置，一種能精確的提供高壓，工作臺面寬度一般并且阻抗力很小的控力裝置。這些裝置安裝在機器人的身體部位，用電纜將能量傳送到臀部和腿的關節(jié)處。發(fā)驅動著一個排量恒定的給蓄電池增壓的泵。因為用的是線性譯，每個反推裝置的絕對位置和彈簧的壓縮都可測量的。彈簧壓縮量轉化為輸出力，利用使用循環(huán)算法把控制力與需要的力相比。輸出信號的每個力控制器驅動著高性能的伺服閥門，控制著液體流向執(zhí)行機構的活塞。在設計機器人過程中，用了以模擬為基礎的重復多次的設計方法。初步概算的機器人的物理參數是基于以往的經驗并且形體

2、上更 真的機器人的仿真模型。其次，控制算法模擬出它在平面上的跳躍。從模擬中的關節(jié)的能源要求和移動范圍，再反推出需要的滑輪的直徑，活塞的直徑，行程，伺服閥門的流量和帶寬，齒輪泵的額定流量和發(fā)功率。符合或超過技術要求的零件被選出來集成到機器人里去，運用 CAD，我們計算出設計的機器人的物理參數，將它們代替先開始用CAD 估算出來的數據，然后生產出新的能源要求的連接器。不斷重復這些工作，最終得到了設計中的提到的已校正過的原型。一般來說，除去體外的泵產生的力，在慣性作用下，機器人以大約 1.2m/s 的速度運轉，。在試驗臺上，最終試驗的電力系統(tǒng)數據加載到機器人實體上去。當除去電力系統(tǒng)所產生的慣性力以后

3、，機器人普遍以大約2.25m/s 的速度運轉。目前進行的工作是把電力系統(tǒng)集中到機器人本身，總結出控制的方法，研究出提高工作效率的方法。1. 介紹實用機械手因為動力平衡要求，復雜的設計和動力系統(tǒng)等原因正在接受。為了研究動力機械手，開發(fā)了一個高壓系統(tǒng)驅動的雙缸發(fā)提供動力的動力機器人。這種機器人是一個平面機器人，由一個半徑12 英尺的構架限制表面范圍。它有2個度，一個導桿和曲柄。執(zhí)行裝置固定在機身上，通過鏈條傳遞到導桿和曲柄。單臂機器人被設計為一個適合多樣性技術的測試，它包括：彈性串聯(lián)執(zhí)行裝置執(zhí)行裝置要考慮到高準確性, 適度帶寬壓力控制，一些機器人利用彈性串聯(lián)執(zhí)行裝置,而單臂機器人是第一臺應用型執(zhí)行

4、裝置的機器人 。虛擬轉動彈簧 轉動的支架定位經常仿造在彈簧上, 它表示轉動效率取決于肌肉組織和筋（見參考文獻4）。為了加快效率和簡化控制，大多數機器人利用的是一個物理支管彈簧（見參考文獻5。單臂機器人是一個決定在轉器人中是否能用虛擬彈簧替代實體彈簧的測試。當單臂機器人完成試用模擬一個使用可控制的虛擬支撐彈簧。彈性串聯(lián)執(zhí)行裝置的特性 如果在實體彈簧中沒有得到效率補償，機器人靈活的保持控制, 彈簧彈回完全支配力。高密度，移動性，動力系統(tǒng) 為了使機器更實用，必須要研制高動力和高能量系統(tǒng)。燃油驅動系統(tǒng)是一個使人感的選擇。然而，現(xiàn)在缺少輕便的解決方法，而且這方面的知識比腿部機器人的知識更加集中。單臂機器

5、人是可以成為一個能給與其他機器人提供發(fā)動力系統(tǒng)的發(fā)展項目和測試。在機器人的設計中,反復利用了個仿真設計程序。以各種不同的速度和不同的總數塊運行了機械手，現(xiàn)實模擬而且得到了物理參數和聯(lián)合轉力矩、速度、和運動范圍要求。使用這些功率的聯(lián)合器,能夠計算出系統(tǒng)的壓力和流程需求，而且可以選出一些符合那些規(guī)格來。然后在SolidWorks 里把這些連同機械手結構一起做成模型，得到的新的機械性能被加載到模型里進行模擬。重復這一個程序，直到原型設計成份選擇出來。2.模擬仿真為了確定單臂機器人的電力需求，用Yobotics Simulation Construction Set進行了最真實的模擬。在模擬實驗中，假

6、設彈力腿部的回彈力為 0。這是一個非常保守的設定，因為記載數據顯示奔跑的動物和幾乎所有移器人的彈力腿部的回彈力都很大。打算最后修改彈力腿部構造的設計?，F(xiàn)在，先假設回彈力為 0，其一確保電力系統(tǒng)超過最終機器人所需的要求，其二因為彈力腿部是比較難模擬的，要準確的確定它提供哪種電力儲備系統(tǒng)?？偨Y了模擬機器人以3.5m/s 速度行走時的控圖1），算法類似于Raibert（見參考文獻5）的三工位計算，但是稍做了修改。工步通過控制垂直方向的上下速度進行控制，而不是通過底部的彈組的壓縮得到。因為單臂機器人的腿部彈簧是假設的，并且臀部和膝蓋的力是任意假設給定的，所以這完全有可能。相對來說，大多數可移器人的腿部

7、彈簧是真的并且規(guī)定了相應的跳躍。如果真實的速度比需要達到的速度更少，除了經過腳安置控制向前的速度之外，需要增加一個速度控制機延遲推進。在各種不同的身體塊中擬以完善機械手的設計。到目前為止，當輕量級 (94磅) 模擬速度為3.5m/s 時, 重量級的模擬速度只有2.5m/s。圖1 表示的是 94 磅重的機器人在 速度是3.5 m/s 時模擬賽跑的一個截圖。在運動中，聯(lián)合關節(jié)處的轉力矩、速度和力量在一個完全的周期期間改變。表 1 顯示了模擬奔跑時運動的轉力矩、速度、力量和范圍的最大值。系統(tǒng)的組成部分按照聯(lián)合關節(jié)處的力量數據來選擇。表1模擬聯(lián)合關節(jié)處以最大速度運動時的力量要求3.系統(tǒng)設計在設計系統(tǒng)前

8、，對于單臂機器人的總體結構做一些設想。最大臀部轉力矩360 Nm266 ft-lb最大膝轉力矩360 Nm263 ft-lb最大臀部速度24 rad/sec224 RPM最大膝速度28 rad/sec264 RPM最大臀部力4450 W5.96 HP最大膝力4205 W5.63 HP最大總力6025 W8.07 HP平均力1550 W2.08 HP最大臀部旋轉1.70 rad97.3 deg最大膝旋轉1.12 rad63.7 deg圖1 43 公斤(94 磅)單臂機器人以3.5 m/s 的速度模擬賽跑的圖像動畫圖像間隔0.05 秒。從右向左運動。1) 假設動力元件牢牢的裝在機器人的身體部位并且

9、用電纜和滑輪機構和關節(jié)處連接好。通過放置在機器人身體上的動力元件（正如直接安置在機器人腿上的反推裝置），可以將機器人腿的質量減到最小，并可以使它達到很快的運動速度。2) 假設動力元件是線性的，而不是螺旋的。直活塞相比螺旋活塞更容易運用，更便宜更輕。此外，用螺旋活塞很難執(zhí)行連續(xù)的彈性沖擊。這是因為相對于壓縮彈簧，扭彈簧性能很差，并且生產扭彈簧的過程很復雜。圖2 單臂機器人的系統(tǒng)設計圖圖2 表示的是單臂機器人的循環(huán)圖。紅線表示的高壓供應路線，藍線表示的低壓返回路線。恒量泵由發(fā)驅動，給油箱外的低壓油增壓并使它們沖過各種。如果流進去，液體正常的通過一個節(jié)流閥，在這對蓄電池加壓。電腦控制著的電磁閥可以間

10、隔的通過一個油液冷卻器液體回流到油箱。當積聚的力已經達成被需要的最大值如一個壓力感應器所測量的壓力的時候，運用并聯(lián)電路。高壓力液體被在油箱中，直到二個伺服閥門之中任意一個啟動。如果壓力在積聚者中變成太高,一個壓力減輕閥門將會交替地把油轉移回到油庫。伺服閥門控制每個活塞的壓力和流量。 如活塞被循環(huán),回返液體經過油冷卻器被送回到油庫,如此完成周期。3.1成分選擇的系統(tǒng)配置相當標準。在于在沒有設計說明書的情況下挑選出符合單臂機器人力量要求的組成，還要留下余量。圖 3是成份選擇程序的示意圖。3.2.滑輪和活塞直徑從模擬中為單腳架估算了運動的聯(lián)合轉力矩、速度和范圍。力量經過繞過滑輪的鋼電纜被傳送到關節(jié)，

11、而且這些鋼的電纜由活塞驅動。在選擇活塞和滑輪直徑方面，假定操作壓力為3000PSI,這是一個廣泛承認的壓標準。當壓力超過3000PSI 時，設備變成非常重而且貴?？紤]滑輪直徑的同時，還必須考慮電纜。非常小的皮帶輪對鋼索會產生顯著的彎曲應力，從而使電纜。按照電纜制造業(yè)情況，滑輪直徑應該是大約包圍在它周圍的電纜的直徑的25 倍。初步選擇了一個直徑為0.188 英寸的電纜，因為它的斷裂強度（ 2000 磅）差不多達到設計要求。根據制造業(yè)者的 25X,得到了一個直徑為圖3 成分選擇過程示意圖4.68 寸的滑輪。取整數,使用一個直徑為4.75 英寸的滑輪。用這個帶輪直徑和3000PSI的設計壓力，計算出

12、扭矩為266 英尺-磅條件下的活塞直徑是 0.770 英寸。保守起見，選擇了活塞直徑為0.75 英寸。注意驅動力（指電纜力）為0.75 英寸直徑的活塞是1324 磅，少于額定強度電纜2000 磅。汽缸直徑為0.75 英寸和滑輪直徑4.75 英寸，模擬產生的最大壓力和流速如表2 所示。表2 活塞直徑為0.750 英寸，帶輪直徑為4.75 英尺時模擬的最大壓力值和流量在圓筒和滑輪直徑選擇方面，用了模擬模型為單臂機器人結束產生壓力和流程需求而且延長時間的時期。從這個壓力和流量的數據中抽取了平均流量、洪峰流量和壓降。這方面的資料，用來選擇主要系統(tǒng)組件，包括伺服閥、散熱器、蓄能器、齒輪泵等。最大臀部主動器壓力20.68 MPa3000