关于机械手的外文翻译.doc

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1、概率学方法在机械手动力学和运动学中的应用S.S.Rao*,P.K.BhattiDepartmentofMechanicalEngineering,UniversityofMiami,CoralGables,FL33124-0624,USA摘要：一个高性能，高速机械手必须能够高精度和可重复的去操纵对象。与其他任何物理系统一样，其中可能存在导致机械手运动不稳定的因素。这些因素包括制造和装配公差，还有联合执行器和控制器错误。为了研究这些因素对机器人末端执行力的影响，并更好地了解机械手的运动，在机械手运

2、动学和动力学模型中采用了概率的方法。根据概率模型，制订了运动学和动力学性能标准，来提供机械手末端执行器动作精度的测量标准。这项技术可以用来计算机械手的运动学和动力学可靠性，对影响可靠性的各种操纵参数相关公差进行研究。并给出了数据举例来说明该程序。关键词：概率方法机械手运动学动力学1.引言目前分析机械手不稳定因素的主要来源是制造业和装配业中所规定的公差与联合执行器和控制器中的错误。这些错误是随机的，可以假设遵循高斯分布。为了研究这些错误对机器人末端执行情况的影响，并更好的了解机械手的运动情况，设计

3、了一种概率方法用来对机械手进行分析。虽然一些研究人员已经研究了概率模型的闭环机制，却并没有重视开链系统的概率分析，对机械手来说，这点尤为重要。Waldron和Kumar建立了一个模型，用来分析由于伺服回路中的随机误差而导致的机械手终端执行器的位置误差。他们利用这个模型来绘制了一个固定的概率轮廓，这样末端执行器的位置误差就会在分布在一个指定的范围内。Kumar和Prakash将这项工作加以扩展，使之可以应用在包括其他机器人几何参数的随机误差上。这项工作旨在开发一种概率方法以应用在机器手运动学和动力

4、学上，提出新的性能标准。并对几何公差，手臂配置和操纵可靠性之间的关系进行讨论。2.运动和动力可靠性运动可靠性，可以定义为末端执行器的位置/或方向达到其在指定范围内所想要的位置/或方向的概率。这个指定的范围称为允许区，其形状和尺寸由机械手的用途而定。根据该区域的简单形状，还可以定义两个运动的可靠性，即定位的可靠性和定向的可靠性。动力可靠性，可以定义为末端执行器的方向/或速度沿着指定工作区中的轨迹在指定范围内达到所需方向/或速度的概率。在这个定义的基础上，还可以定义两种主要类型的动力可靠性-单一的动

5、力可靠性（SPDR）和累积的动力可靠性（CDR）。SPDR可定义为末端执行器的方向/或速度与所需方向/或速度之间的最大偏差不超过规定值的概率。而CDR可以定义为末端执行器方向/或速度的每个点都沿着给定轨迹分布在理想方向/或速度的范围内的概率。换句话说，累积动力可靠性表示末端执行器在沿着给定轨迹的每个点处都在给定边界内的概率，而单一动力可靠性则表示末端执行器在沿着给定轨迹的任何一点都不会越过规定边界的概率。除了上述两种类型，动力可靠性还可以进一步的分类，这取决于末端执行器的方向/或速度如何受到限制

6、。根据自由度对末端执行器定位的限制，可将运动和动力可靠性的分类进一步扩展。这一程序还可以推广用来对末端执行器的速度制约进行分类。3.机器手运动学机械手运动学与机械手的装配空间密切相关（特别是联合变量与末端执行器位置和方向之间的关系）。作为时间函数，不考虑力与力矩构成这样一个机构。该机械手的链接和联合参数如图1。四个几何参数与每一个连接/结合处相关联，链接处d与联合角θi之间的距离决定了相邻连接之间的相对位置。而连接长度ai和扭转角αi决定了该连接的结构。对于一个转动联接，di，ai，αi是手臂参

7、数，θi是联合变量。对于柱状联接，θi，αi，ai是手臂参数，而di为联合变量。图1连接和联合参数作为长远（或直接）的运动学问题，即从已知的手臂关节变量参数确定末端执行器的位置和方向。Denavit-Hartenberg符号的使用解决了这个问题。这种技术使用链接附加坐标系，如图2所示的Stanford手臂。两个相邻链接的相对位置可以描述为一个4×4的同质变换矩阵，即D-H变换矩阵（公式1）。其中C和S分别代表余弦和正弦。矩阵A将坐标系中的第i行和第i-1行结合起来。末端执行器的位置和方向可以表述

8、为（公式2）图2Stanford手臂(1)(2)其中n表示自由度，T称为手臂矩阵。n,s,a和p称为末端执行器的常规、滑动、接触、位置向量。4．运动学可靠性的计算运动学可靠性可以通过解析或数字化（使用模拟技术）的方法计算出来。在解析方法中，需要建立一个机械手运动学概率模型。可以假定，不考虑各个运动学参数和联合变量的分布，末端执行器的位置和方向符合联合正态分布，这是可以由概率论的中心极限定理推断出来的。为了表述联合正态分布函数的平均值，需要知道末端执行器位置和方向的方差和协方差。包含末端执行器位置