外文翻译--设计和开发一个竞争低成本四自由度机器人手臂 中文版.doc

1设计和开发一个竞争低成本四自由度机器人手臂作者：AshrafElfasakhany,EduardoYanez,KarenBaylon,RicardoSalgado接收于2011年10月19日，2011年11月7日修订，2011年11月15日接受文摘：这项工作的主要焦点是设计、开发和实施低成本、强控制、有竞争力的机器人手臂。设计四自由度和才华横溢的机器人手臂尽快实现精确简单的任务,如光材料处理,这将被集成到一个移动平台,作为一个助理工业的劳动力。机器人手臂配备有伺服电机来做手臂之间的联系和执行手臂的动作。伺服电机包括编码器,以至于没有控制器实现。我们控制机器人使用的虚拟仪器,它执行逆运动学计算和串行通信的适当的角度对一个单片机,驱动伺服电机的功能修改位置、速度和加速度。测试和验证的机器人手臂结果显示它正常工作。关键词：机器人手臂,低成本，设计，验证，四自由度,伺服马达,Arduino机器人控制，虚拟仪器机器人控制1.介绍机器人术语实际上是定义为研究、设计和使用机器人系统制造1。机器人通常用于执行不安全的,危险的,高度重复,和不愉快的任务。他们有很多不同的功能,如物料搬运、装配、电弧焊、电阻焊、机床装载和卸载功能、绘画、喷涂等。主要有两种不同的机器人:服务机器人和工业机器人。服务机器人是机器人运行的半或全自主执行服务有用的福祉人类和设备,不包括制造业务2。工业机器人,另一方面,是由ISO正式定义为可编程在三个或三个以上轴的自动控制和多功能的机械手1。工业机器人的目的是实现材料、零件、工具或专门的设备通过变量编程动作来执行各种任务。一个工业机器人系统不但包括工业机器人而且包括任何设备和/或传感器需要机器人来执行其任务以及测序或监控通信接口。2007年世界市场增长了3%,其中大约有114000个新安装的工业机器人。2007年底约有一百万工业机器人在使用中,相比之下,估计有50000服务机器人对工业使用3。由于使用的工业机器人手臂的增加,一个进化的话题开始试图模仿人类的动作在一个细节模式。例如一群学生在韩国做了一个机械手臂的设计创新,考虑到跳舞的手,举重,中国书法写作和颜色分类4。另一组工程师在美国发展八自由度机器人手臂。这个机器人能够掌握很多形状对象从一笔一个球和模拟人类的手25。在太空中,航天飞机远程控制器系统,称为SSRMS或创意,和它的继任者是例子,多自由度机器人手臂,已经被用来执行各种任务,如检查航天飞机的使用的一种专门部署与相机和传感器连接在末端的执行器和卫星部署和从航天飞机的货舱检索策略6。在墨西哥,科学家有望设计和开发许多机器人手臂,墨西哥政府估计,在墨西哥大约有11000个机器人手臂用在不同的工业应用。然而,专家认为,最奢华的机器人手臂不仅是高质量的,而且要准确、可重复性和粗短的成本。大多数机器人设置为一个操作的教和重复技术。在这种模式下,一个训练有素的操作者(程序员)通常使用便携式控制装置(一个示教器)教机器人其任务手动。机器人的速度在这些编程会话是缓慢的。目前的工作是一个两阶段的项目的一部分,这就需要一个移动机器人能够运输工具从库房到工业电解槽。在这个阶段,该项目开展的科技大学,墨西哥蒙特雷,主要关注的是设计,发展和实施一个工业机器人手臂粗短的成本、准确和优越的控制。设计四自由度和才华横溢的机器人手臂尽快实现精确简单的任务,如光材料处理,这将被集成到一个移动平台,作为一个助理工业的劳动力。2.机械设计机械设计的机器人手臂是基于机器人机械手和一个人类的手臂具有相似的功能6-8。这样一个机械手的链接进行连接接头允许转动运动和链接的机械手被认为形成一个运动链。业务结束的运动链机械手称为末端执行器或结束臂工具，它类似于人类的手。图1显示了自由体对机械设计的机械臂。如图所示,末端执行器不包括在设计中，因为商用夹具已被使用。这是因为,末端执行器是一种最复杂的系统的部分,反过来,比建造它更容易经济使用在商业中。图2显示了工作区域的机械手臂。这是典型的工作空间有四自由度(4自由度)机械手臂。机械设计仅限于4自由度主要是因为这样一个设计允许最必要的运动和保持成本和复杂的机器人有竞争力。因此,转动关节活动受到限制,旋转完成约两轴肩和周围只有一个在手肘和手腕,见图1。机械臂关节通常由电机驱动。伺服电机的选择,因为它们包括编码器自动提供反馈到汽车和相应的调整位置。但是,这些汽车的缺点是,旋转范围小于180跨度,大大降低了胳膊达到的区域和可能的位置9。选择伺服电机基于最大扭矩所需的结构和可能的负载。在目前的研究中,这些材料用于结构丙烯酸。3图1：自由体的机器人手臂图2：工作区域的机械手臂。图3显示了用于负荷计算力线图。进行的计算只对关节最大的负载,因为其他关节会有相同的运动,即电动机可以移动链接没有问题。计算考虑了电动机的重量,约50克,除了电动机的重量在联合B,因为它进行链接英航。图4显示了力图在链接CB,其中包含关节(B和C)具有最高负荷(携带链接DC和ED)和计算进行了如下。值用于计算转矩：Wd=0.011kg(重量链接DE)Wc=0.030kg(重量链接CD)Wb=0.030kg(重量链接CB)L=1kg(负载)Cm=Dm=0.050kg(电动机重量)LBC=0.14m(长度链接BC)LCD=0.14m(长度链接CD)LDE=0.05m(长度链接DE)执行力的总和在Y轴,使用负载如图4,和解决为CY和CB,见方程(1)-(4)。类似地,执行时刻的总和在C点,方程(5)和B点,方程(6),得到扭矩在C和B,方程(7)、(8),分别为。4所选择的伺服电机,根据计算结果,是HextronikHX12K,扭矩280/盎司。这个电动机是推荐的,因为它比其他任何相同规格电动机更便宜。因为我们需要更多的扭矩在联合B,见方程(8),我们使用两个电动机在B点符合转矩要求；然而,一个电动机对于其他关节是足够的。使用两个电动机联合B是比使用一个560/盎司大的电动机便宜很多。在图5中的其他相关特征的电动机,他们可以在130毫秒内转换60度并拥有47.9克。一旦最初尺寸的机器人手臂和电动机被定义,设计进行使用SolidWorks平台；设计应该仔细考虑亚克力板的厚度和其他每个碎片会被附加到哪里。用来制造机器人的这个亚克力是在1/8的厚度薄钢板中被选中,因为它方便加工且更少的重量与良好的阻力。在设计过程中，我们遇到了一些困难，由于强烈的方式，加入薄丙烯酸部分。这是需要工具来燃烧，并加入丙烯酸，并且不是小组认为，机械交界处的螺钉和螺母的基础上，将远强于其他的替代品，如胶水为例。为了做到这一点，一个小的功能的设计允许紧固螺栓与螺母，而无需拧入薄的丙烯酸层。这个过程的结果是在图6中显示的三维设计。设计结束，每个部分在满量程卡纸印刷，然后我们核实了所有的装配尺寸和