外文翻译--平衡机器人手臂重量的设备和方法.doc

平衡机器人手臂重量的设备和方法本发明包括一个拥有液压弹簧,特别是气压弹簧的补偿机器人机械手臂重量的装置和一个控制机器人运动的控制装置，还有一种补偿机器人手臂重量的方法。在这种方法中机器人手臂的重量补偿是由液压弹簧，特别是气压弹簧来实现的，同时这种方法也实现了对机器人运动的控制。补偿静载荷的机器人一般配备一个体重补偿器，例如机器手臂的可移动平衡台。为了达到调节补偿的目的，可以用运动方程式对由机器人的机械结构和驱动器所决定的控制系统的动静态特性进行调整。运动方程式可由已知条件得出，根据已知的平衡条件可以按其坐标轴列出机器人手臂位置的函数。如果该方程组是解决根据驱动的时刻,详细的理想模式的速度和驱动机器人运动为现在的时刻。如果根据对驱动时间的要求可以列出方程组，则机器人运动的理想速度和驱动时间就可以由这个方程组得出。用这种方法所得到的理想值通常可以用于预先控制的目的。而在理想情况下，如果对机器人的真实运动有精确的数学建模，则控制偏差是不会出现的，在实践中，为了补偿模型的误差，必须要有一个控制器。这就需要在机器人上安装一个伺服控制器，例如PLD控制器，这样控制器就可以通过调整机器人的运动达到补偿的目的。这样的机器人手臂可以在任何时候以最大速度或最大加速度运动,而不超过允许的范围。众所周知的气体弹簧，比如用于固定机器人手臂的弹簧，处于偏斜状态，当它受到压缩或拉伸时，便依靠机器人把压力转化为所说的偏移力。然而，当用这种气体弹簧时的一个固有缺陷是这样一种事实，即：气体弹簧的偏斜力和它受力之间的关系只有在气体达到理想气压平衡时才成比例。因为在特定的高气压下，气体不再是理想的方式工作，加压升温，减压降温，气体弹簧产生的力要考虑波动范围。一方面，压力改变导致了负载补偿波动，另一方面，不恰当的应用了驱动能源，因为安全的原因，必须限制机器人的功率。另外，由于检测不到因气体弹簧泄漏而产生的气压下跌，会导致机器人过载而损。同时根据上述缺点,这种发明要解决的问题是提出一种方法和装置来补偿上述类型机器人的机器手臂的重量。在一个上述类型装置中,这个发明解决了这个问题，它是通过压力传感器测量流体弹簧的液压来实现的。为解决这个问题,，根据导言，在机器人手臂重量补偿方法中,液体弹簧的液体压力就可以被测量。通过测量封闭在气体弹簧的气体的压力，可以得到机器人的瞬时运动状况。压力传感器的高可靠性和高精确度使得机器人可以达到它的承载极限，因此也就使机器人以最高效率工作。压力传感器的高可靠性和高精确度也可以通过压力下降检测流体弹簧的泄漏。在理想的情况下，为了在压力达到压力极限时产生信号，压力传感器根据发明要求必须连接一个或几个感应器。为了使机器人的驱动系统在过载或载荷十分低的情况时能自动的停止，感应器以最优的方式连接到过载保护装置。这样，在压力非常高的情况下（比如机器臂达到极限位置）或在压力非常低的情况下（比如气体弹簧有泄漏），机器人的驱动系统就会自动的停止。因此可以可靠地避免机器人受损和过载。在另一个理想的情况下，机器人补偿装置的体重有监测装置，它是通过流体压力传感器用于监视测量液压弹簧的压力。同时为了预测可能出现的故障，它也需要被精确的制造，以便能检测到液体的压力随时间的变化。在特定的情况下,用于监视测量液压弹簧的压力和其随时间变化的监测装置是机器人手臂位置控制的一种功能。这样一种监测每个机器人手臂中液体压力的监测装置，可以通过调整和优化驱动系统来调整手臂的运动。另外，沿面的压力变化及压力分布的异常也可以测量出来，然后就可以获取一些信息，例如机器人需要维修的信息。这样液体压力可以被精确的测量，并在压力达到预设的液压极限和机器人驱动断开的高低压极限时，起到防止过载和毁坏的作用。在理想的情况下，测量得来的液压弹簧的压力特别是压力分布是被监测的，并作为是机器人手臂位置的一种功能。在机器人控制装置中,它的静态和动态行为被数学模拟在一个方程组，这使得有可能从开车(发动电机)的时刻开始计算的每个驱动部分的驱动时间，并使得所有的影响(重力、摩擦、惯性、离心力,支持力量,等等)考虑到内，这也使得有可能从电机在完成实际运动时所需的轴位置、速度和加速度实际情况(预定的时刻和给定的,最大限度地利用现有的马达和齿轮的时刻来确定最大允许的加速度的轴。)（质量包括承诺书的重量,惯性机器人的机械部件的质量和惯性负载的有用工具、安装(负荷)、电机、齿轮、摩擦、重力、科氏、离心和支持的时刻,以及车轴位置。利用前项输入值，该模型可以计算实际所需要的驱动时间，然后对驱动规律进行控制。该方法简化并因此提高了机器人的驾驶调控静态和动态精度。在理想的情况下,在计算的时间里，驱动调整器没有工作。在实践中，由于模型的不完整和没有预设值，驱动调整器也必须补偿错误值。除了这个预定时刻，模型同时还提供动态路径规划/旅行剖面生成模块的信息,以确保加速/减速斜道,总以这样一种方式传播最装载轴与允许最大速度值。这允许在没有超过极限的时候到达最大的传动动力。至此，在原则上，重量补偿器的支撑力已经被考虑，在这一过程中，通过计算液压缸内的压力可以得出重量补偿器的位置。这个计算具有预置的常量,从而不考虑在实际操作的偏差。由于绝热过程，漏、温度和/或时间压力分布引起了这些偏差。这些偏差导致了控制系统工作量的增加和故障或错误状态(错误的压力设定值,不正确的参数模型,强烈头的压力损失、损害、故障等)的不可测性,除非在十分明显的时候，才能测得。为了避免这些缺点,在这项发明中，为了调整机器人运动时液压弹簧压力的参数，压力传感器应连接到机器人控制装置,所以在这项发明中，这种机器人的预设运动参数得到改进，因此实际的控制系统的工作量减少。机器人手臂运动控制的参数转化为可测的液体压力，因此手臂移动的数据可以被自动调整。根据这项发明，通过这些测量，可是从忽略压力计算不精确值得角度来减少控制系统的工作量。而且也不需要为了保证安全的正面或负面的补充措施，所以运动动力的到改进，机器人的承载能力也得到提高。而且通过对计算数据和测量所得的数据进行比较可以检查出异常情况。也有可能在选定的记录压力值的情况下,在一个日志文件进行诊断和维修的目的在机器人控制中，作为一种新颖地，能自动适应的测量方法，它不需要复杂压力调节装置。压力弹簧可以被制造成完全被动的，无规律的形式。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,whichontheonehandleadstoafluctuatingloadcompensationasaresultofpressurechangesandontheothertoaninadequateutilizationofthedriveresources,becausethepowerlimitsoftherobotmustbeorientedforsafelyreasonsonthebasisoftheleaksfavorablevalues.Inaddition,pressuredropscausedbygasspringleasarenotdetected,whichcanleadtorobotoverloadinganddamage.