1、課題名稱：滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)部位的轉(zhuǎn)移。這種被動(dòng)行走的概念被應(yīng)用于這篇文章介紹的復(fù)合攀爬機(jī)器人的設(shè)計(jì)當(dāng)中，作為一種設(shè)計(jì)準(zhǔn)靜態(tài)滾動(dòng)機(jī)器人的方法，機(jī)器人骨架外部的每一個(gè)構(gòu)件是作為整個(gè)圓的一部分，作為一個(gè)整體，這些構(gòu)件為滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人形成一個(gè)穩(wěn)定圓形滾動(dòng)平面，這和被動(dòng)行走的腿功能是相似的。這種機(jī)器人通過(guò)各構(gòu)件位置的變化，達(dá)到質(zhì)量的重新分布，是重心改變，在重力的作用下，機(jī)器人不同的外表面點(diǎn)步路面接觸，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。我們的準(zhǔn)靜態(tài)滾動(dòng)方法和被動(dòng)動(dòng)態(tài)行走機(jī)構(gòu)的勢(shì)能變化方法是相似的，我們通過(guò)小幅度的改變機(jī)器人的重心從而增加系統(tǒng)的勢(shì)能，但是這用方法也有所不同，他不像被動(dòng)動(dòng)態(tài)行走機(jī)構(gòu)只是動(dòng)態(tài)

2、穩(wěn)定的，滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人和球形六足機(jī)器人允許他們被動(dòng)的穩(wěn)定，此為，我們限制控制定律來(lái)適應(yīng)低速，我們避免了對(duì)滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的深入的理論研究，例如動(dòng)態(tài)、沖擊、接觸機(jī)構(gòu)。1.4本課題的基本設(shè)計(jì)思路致力于使機(jī)器人獲得更快的移動(dòng)速度、更高的機(jī)械效率和使機(jī)器人在攀爬和行走過(guò)程中對(duì)環(huán)境更具有適應(yīng)性，我們開發(fā)了一系列具有攀爬、行走、和滾動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，這機(jī)器人是基于形態(tài)學(xué)設(shè)計(jì)的，他可以在不添加額外構(gòu)建的情況下實(shí)現(xiàn)攀爬和行走運(yùn)動(dòng)，這用機(jī)器人具有多種運(yùn)動(dòng)形式，他可以根據(jù)不同得路面變換不同的運(yùn)動(dòng)形式，所以這用機(jī)器人更具有環(huán)境適應(yīng)性，在復(fù)雜，不平整的路面上，足式運(yùn)動(dòng)更有優(yōu)勢(shì)，而在平整光滑的路面上，滾動(dòng)則可以提供更

3、快的移動(dòng)速度和更高的機(jī)械效率。此外，我們利用所設(shè)計(jì)的滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人研究得到滾動(dòng)和步行更具有機(jī)械效率，這就意味著滾動(dòng)比步行更節(jié)能，基于此實(shí)驗(yàn)開發(fā)的準(zhǔn)靜態(tài)滾動(dòng)控制裝置，證明了盤式滾動(dòng)步行復(fù)合機(jī)器人的滾動(dòng)比步行的功率因數(shù)之比為5.5.盤式滾動(dòng)步行復(fù)合機(jī)器人是三自由度的平面機(jī)器人，這種機(jī)器人在二維的平面上做攀爬、翻滾測(cè)試，這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以在未來(lái)開發(fā)球形六足機(jī)器人提供思路，如圖1,演示了盤式步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人如何實(shí)現(xiàn)攀爬、行走、滾動(dòng)，以及為實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)形式，各構(gòu)件進(jìn)行的變換。攀爬行走變換滾動(dòng)圖1滾動(dòng)步行復(fù)合機(jī)器人不同形式的運(yùn)動(dòng)及變化圖我們基于滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人開發(fā)了的準(zhǔn)靜態(tài)滾動(dòng)控制裝置，他通過(guò)

4、各構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)改變滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的工作重心，使其偏移幾何中心，這種準(zhǔn)靜態(tài)滾動(dòng)控制裝置的優(yōu)點(diǎn)在于他應(yīng)用了自然力學(xué)的知識(shí)，重心始終指向地面，通過(guò)重心相對(duì)于幾何中心的偏移，他不需要除餃鏈控制電位計(jì)以為的其他傳感器，僅利用重心的變化實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)步行復(fù)合機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。未來(lái)的將集中在如何實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)滾動(dòng)反饋的控制裝置的研究上，以實(shí)現(xiàn)更快的移位和更強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性上。向前移動(dòng)的關(guān)節(jié)軌跡通過(guò)獨(dú)立計(jì)算和靜態(tài)最優(yōu)化軌跡處理找到需要的關(guān)節(jié)角，通過(guò)關(guān)節(jié)角的變化實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人重心跟隨預(yù)訂軌跡的幾何中心變化而變化，以達(dá)到確定運(yùn)動(dòng)的目的，同時(shí)我們?cè)跈C(jī)器人運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中估計(jì)能量消耗和軌跡路徑的特征，我們還比較滾動(dòng)和行走

5、兩種不同運(yùn)動(dòng)模式下的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。我們這里用的滾動(dòng)控制裝置是在以往控制裝置的的基礎(chǔ)上改進(jìn)上得到的，以往的控制裝置沒有重新產(chǎn)生想要的結(jié)果的能力，以往的控制裝置通過(guò)給便多關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人重心位置的變化，同時(shí)仿真技術(shù)用于手動(dòng)調(diào)整多關(guān)節(jié)的位置，從而變換滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式。這種方式也有一個(gè)弊端，存在粘滯摩擦系數(shù)這可影響因數(shù)，他可能使模擬中產(chǎn)生的預(yù)期結(jié)果與實(shí)際的結(jié)果不一樣，從而引起失效。我們將會(huì)展示我們改進(jìn)的準(zhǔn)靜態(tài)滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制器將具有使?jié)L動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人完成整個(gè)運(yùn)動(dòng)的能力，同時(shí)具有跟蹤預(yù)訂的滾動(dòng)角的能力，我們將進(jìn)一步的展示滾動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方法比步行的運(yùn)動(dòng)方法能

6、夠提高機(jī)械。整個(gè)論文我們將會(huì)分階段的敘述滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，在第二部分我們將介紹機(jī)器人的研究背景和已經(jīng)取得研究成果，在第三部分我們將詳述滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，第四部分我們將描述滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模式，第五部分我們將詳細(xì)介紹準(zhǔn)靜態(tài)滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制器。為提供預(yù)期的重心位置變化而進(jìn)行的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)路徑優(yōu)化將會(huì)在第六部分介紹，我們將在第七部分討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們將在第九章中討論未來(lái)機(jī)器人的研究方向和重點(diǎn)，我們將在第九部分做出總結(jié)。2盤式滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)2.1介紹總體方案是設(shè)計(jì)一個(gè)雙足攀爬行走機(jī)器人，同時(shí)他具有變換構(gòu)件位置，形成圓形，實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)，僅利用攀爬、步行的驅(qū)動(dòng)，不需要添加

7、額外的驅(qū)動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)，我們同圓形骨架的引入解決這一問(wèn)題，機(jī)器人的每一個(gè)構(gòu)件是圓形骨架的一部分，所以當(dāng)用于攀爬的機(jī)構(gòu)的兩足的腳掌面和在一起,就構(gòu)成了一個(gè)圓形,所以圓形骨架在和其他的形式外形如輪子、添加附加物的方法相比，更具有優(yōu)勢(shì),這也使我們選擇圓形骨架的原因，這種裝置額外的重量可以達(dá)到相反的效果，同時(shí)限制了攀爬能力，圓形骨架可以增加整個(gè)機(jī)器人的直徑，例如構(gòu)件高度，通過(guò)環(huán)境的限制環(huán)境的限制電機(jī)2"電機(jī)2"電機(jī)2“電機(jī)M圖2機(jī)器人設(shè)計(jì)的裝備圖2.2運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)圖2展示機(jī)器人的外輪廓，我們可有看到，這個(gè)機(jī)器人是用四個(gè)構(gòu)件由釵鏈連接而成的平面連桿機(jī)構(gòu)，在橫向截面區(qū)域機(jī)器人被

8、四個(gè)構(gòu)件均勻的分為幾個(gè)部分，構(gòu)件1、構(gòu)件2分別占機(jī)器人橫向截面的三分之一，機(jī)器人的兩個(gè)腳占據(jù)機(jī)器人剩下橫向截面的三分之一，一個(gè)創(chuàng)造性的腰部釵鏈把機(jī)器人的兩個(gè)腿構(gòu)件連接在一起，兩個(gè)踝關(guān)節(jié)釵鏈則把機(jī)器人的腿構(gòu)件和腳構(gòu)件連接在一起。為使整個(gè)機(jī)構(gòu)能夠?qū)ΨQ滾動(dòng)，構(gòu)成機(jī)器人的四個(gè)構(gòu)件的質(zhì)量必須平衡，這樣在機(jī)器人整個(gè)封閉的機(jī)構(gòu)內(nèi)，機(jī)器人的重心就一直接近于幾何形心。電雌，圖3釵鏈的分解圖2.3鉉鏈設(shè)計(jì)這一部分我們將介紹釵鏈設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)原理，如圖3,釵鏈這樣設(shè)計(jì)的目的在于，既保證了釵鏈的直徑盡量小，同時(shí)允許傳遞盡可能大的轉(zhuǎn)矩，在傳動(dòng)末端，每一個(gè)釵鏈軸被一個(gè)渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，這樣做有一些明顯設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，電機(jī)被安裝在垂

9、直于釵鏈軸的位置，這樣做，可以使構(gòu)件的長(zhǎng)度減小，同時(shí)可以直接驅(qū)動(dòng)釵鏈，渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，占有空間小，但可以實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)動(dòng)比轉(zhuǎn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)很大的減速，這樣設(shè)計(jì)同樣允許在渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)前端裝一個(gè)齒輪箱，得到較小的傳動(dòng)比，實(shí)現(xiàn)較小的減速，這樣做可以減少齒輪的級(jí)數(shù)，電機(jī)的大小和降低整個(gè)機(jī)構(gòu)的重量。每一個(gè)餃鏈用一個(gè)型號(hào)RE-MAX17的微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)，這種電機(jī)裝備了GP16A的行星輪齒輪箱，整個(gè)齒輪減速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比為1264:1的減速，這種減速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)這樣大的減速有很多優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)殡姍C(jī)的動(dòng)態(tài)特征和其余的整個(gè)機(jī)器人其他構(gòu)件間的動(dòng)態(tài)特征是孤立的，所以皎鏈的動(dòng)態(tài)特征就成了機(jī)器人動(dòng)態(tài)特征的主要影響因素，這樣就可以實(shí)

10、現(xiàn)簡(jiǎn)單的控制，此外，因?yàn)楦邆鲃?dòng)比的齒輪、渦輪蝸桿、都是不反饋的，這就在機(jī)器人攀爬過(guò)程中有了優(yōu)勢(shì)，這就不需要電機(jī)在一個(gè)位置保持不動(dòng)。這用選擇電機(jī)齒輪箱的聯(lián)合運(yùn)用的目的是為了當(dāng)剩下的構(gòu)件以20°/s的角速度在水平方向伸展時(shí)，電機(jī)齒輪箱聯(lián)合運(yùn)用可以使踝關(guān)節(jié)腳部構(gòu)件擁有靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，選擇這種電機(jī)的原因在于可輸出的功率在這種運(yùn)行點(diǎn)可以達(dá)到最大值，對(duì)于滾動(dòng)來(lái)說(shuō)，更大的較鏈轉(zhuǎn)動(dòng)速度是我么想要得到的，而這用電機(jī)齒輪箱聯(lián)合運(yùn)用可以提供無(wú)負(fù)載情況下5(T/s的釵鏈轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。校鏈的位置反饋是有安裝在釵鏈軸端的電位計(jì)來(lái)完成的，用來(lái)提供釵鏈位置的直接測(cè)量結(jié)果，機(jī)器人其他皎鏈的位置反饋裝置都運(yùn)用了同樣的設(shè)計(jì)，這樣

11、就降低了整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性。圖4對(duì)于釵鏈和抓手的最壞負(fù)載2.4腳設(shè)計(jì)機(jī)器人腳的設(shè)計(jì)思路出發(fā)點(diǎn)簡(jiǎn)單易行，但同時(shí)要就求機(jī)器人腳的設(shè)計(jì)能夠讓機(jī)器人在不給滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)造成影響的情況下能夠完成完成攀爬，因?yàn)樵谕瓿蓾L動(dòng)時(shí)，要求機(jī)器人的腳能夠彼此接觸的很緊密，腳的尺寸要求保持最小，以保證機(jī)器人有最大的運(yùn)動(dòng)幅度，電磁吸盤的質(zhì)量也要被考慮進(jìn)來(lái)，防止引起機(jī)器人整個(gè)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量的分配不均，這樣在滾動(dòng)中就可以得到理想的質(zhì)量平衡分配。在當(dāng)前設(shè)計(jì)的滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人中我們選擇電磁吸盤作為腳部與路面間的固定裝置，因?yàn)殡姶盼P相對(duì)其他機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)易于驅(qū)動(dòng)，同時(shí)他的質(zhì)量可以用來(lái)平衡電動(dòng)機(jī)和電池的質(zhì)量，但是這種設(shè)計(jì)也有一定的局限性，限制

12、了攀爬表面只能是用鐵材料制成的墻面，這用腳構(gòu)件設(shè)計(jì)也具有靈活性的優(yōu)點(diǎn)，可以用其他構(gòu)件代替電磁吸盤，例如機(jī)械抓、吸盤、鉤子。我們的機(jī)器人腳機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)充分利用了滾動(dòng)骨架去提升脆弱的斷開的構(gòu)件設(shè)計(jì)，同時(shí)提升了整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特征，每一個(gè)電磁鐵都安裝在腳掌中心的位置，讓足構(gòu)件能夠大幅度的運(yùn)動(dòng)，這樣就可以提供更高效率的運(yùn)動(dòng)，這種電磁吸盤設(shè)計(jì)可以上機(jī)器人懸在墻壁上。如圖43盤式滾動(dòng)雙足步行的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析盤式滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的整體的重心是由各構(gòu)件的相對(duì)位置決定的，標(biāo)準(zhǔn)Denavit-Hartenberg轉(zhuǎn)換用來(lái)進(jìn)行盤式滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定，如圖5,標(biāo)注了Denavit-Hartenberg參

13、數(shù)在盤式滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)圖上，框架的中心c位于滾動(dòng)圓的中心，這和滾動(dòng)圓表面和地面的接觸點(diǎn)、各構(gòu)件的位置同時(shí)確定，框架上的點(diǎn)g是地面與機(jī)器人框架表面的接觸點(diǎn),界定義為滾動(dòng)平面的參考方向，Zg則指向平面內(nèi)部，滾動(dòng)角6是旋轉(zhuǎn)的中框架中心c與Zg的夾角。倒重心。倒重心。°2Joint1Rcllinc'殞3就3/圖5滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)分析的運(yùn)動(dòng)模型表一圖5中參數(shù)確定.1(znm)(deg)(g)(mm)-148-90NaNa084*182-51-231T1167*363-84-211T2167*376-90-181T384*209-36-211T448-90Na

14、Na在框架C上的重心的位置Cr可以用以下齊次坐標(biāo)表示m0°Z?0+m.°7；,/?1+m2°7；2b.+m.°7；for0<。<60°mt1-'Jcr+捋+叫7%2+叫1%3for60<(/)<180mtL'J2T()%+m；T'b+m22b2+氣for180<(/)<3003Tq%+37j%+m23T22b2+3m3%for300<(/)<360(3-1)這里Z是齊次轉(zhuǎn)換矩陣，代表坐標(biāo)從框架j向i和/的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，是調(diào)整重心位置的構(gòu)件j和i的齊次坐標(biāo)，構(gòu)件i的質(zhì)量用叫表示，

15、機(jī)構(gòu)整體的質(zhì)量用mj=m+m2+m3+m4,表1為在前面的方程和圖5中持續(xù)出現(xiàn)的狀態(tài)提供數(shù)值。在這篇文章后面的論述中大量用到的重心偏移距離L可以用以下公式得到(3-2)和重心偏置角的計(jì)算公式(p=atan2(。弓crx)+90(3-3)在公式中參數(shù)言和M是C,的第一、第二元素,4準(zhǔn)靜態(tài)滾動(dòng)控制假設(shè)滾動(dòng)阻力和慣性對(duì)整個(gè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的影響被忽略，滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人達(dá)到平衡時(shí)重心的方向垂直指向與地面的接觸點(diǎn)，當(dāng)重心位置發(fā)生變化時(shí)，滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人要重新回到詞狀態(tài)，那么一定的重心變化，滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人就有一個(gè)確定的運(yùn)動(dòng)方向，所以重心位置的變化以及其重新回到平衡的過(guò)程，重心的變化的位置起著

16、確定運(yùn)動(dòng)方向的作用，所以重心位置慢慢的變動(dòng)，滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人將會(huì)通過(guò)滾動(dòng)重新達(dá)到平衡，這種運(yùn)動(dòng)原理如圖6,對(duì)于所有的重心偏距L>0的重心偏置角W,當(dāng)重心偏移角巾在0360°慢慢變化,將會(huì)是滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)，實(shí)際上，重心的偏距L越大，滾動(dòng)控制裝置的控制能力越強(qiáng)，定向越平穩(wěn)。平衡平衡重心偏置通過(guò)滾動(dòng)恢復(fù)平衡5通過(guò)重心偏距的優(yōu)化產(chǎn)生關(guān)節(jié)軌跡5.1介紹這一部分集中介紹為產(chǎn)生需要的重心偏距設(shè)計(jì)皎鏈路徑，首先我們介紹拱形的優(yōu)化，然后介紹各個(gè)方面必須滿足的物理約束。5.2過(guò)程優(yōu)化我們的準(zhǔn)靜態(tài)控制方法的目的在于產(chǎn)生釵鏈路徑，這樣就可以重心偏置角W在0360°變化的過(guò)程

17、中產(chǎn)生重心大于零的重心偏距L。車交鏈路徑被用于向前反饋控制輸入到釵鏈上的伺服電機(jī)上，以不同的速率運(yùn)動(dòng)，我們把這些路徑的產(chǎn)生作為處理一系列限制優(yōu)化問(wèn)題的一部分，我們的目的在于在最大重心偏距、在分散的旋轉(zhuǎn)角路徑中得到釵鏈角劣，參數(shù)K的引入是為表示k次優(yōu)化問(wèn)題，MATLAB的fmincon功能就是用來(lái)循序的解決每一個(gè)K優(yōu)化問(wèn)題，從優(yōu)化K得到的皎鏈的位置被用來(lái)評(píng)估優(yōu)化K+1,關(guān)于驅(qū)動(dòng)優(yōu)化的問(wèn)題只簡(jiǎn)單的敘述。5.3限制優(yōu)化5.3.1最大重心偏距重心的偏移長(zhǎng)度為L(zhǎng)”用公式2進(jìn)行重心偏移長(zhǎng)度計(jì)算，但是不能超過(guò)最大國(guó)民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展使機(jī)器人在幾乎所有技術(shù)領(lǐng)域中日益廣泛應(yīng)用，已成為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的主要技術(shù)

18、手段。機(jī)電一體化技術(shù)，控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使機(jī)器人技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)大大的結(jié)合起來(lái)，從而使機(jī)器人技術(shù)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。致力于獲得更快速度、更高的機(jī)械效率、更具有適應(yīng)性的攀爬行走機(jī)器人，我們開發(fā)一種兩足步行機(jī)器人，他可以完成行走、攀爬、滾動(dòng)，這種機(jī)器人通過(guò)形態(tài)學(xué)設(shè)計(jì)，使其在不需要添加額外的構(gòu)件的情況下就可以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)，此外，我們?cè)陂_發(fā)這種機(jī)器人的同時(shí)，為其開發(fā)了一種準(zhǔn)靜態(tài)滾動(dòng)控制裝置，可以實(shí)現(xiàn)盤式滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人重心的變化，從而實(shí)現(xiàn)其滾動(dòng)，同時(shí)，我們做了一系列的實(shí)驗(yàn)，證明滾動(dòng)比兩足運(yùn)動(dòng)更具有機(jī)械效率，功率因素可以達(dá)到5.5,我們掩飾了這種機(jī)器人具有在地坡度的斜坡上滾動(dòng)和翻滾越

19、障的能力，我們?cè)O(shè)計(jì)這款機(jī)器人時(shí)要求這種機(jī)器人更節(jié)能，能夠適應(yīng)不同的路面環(huán)境，在復(fù)雜的路面可以實(shí)現(xiàn)雙足行走，當(dāng)路面平坦時(shí)，可以變換運(yùn)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)，這種滾動(dòng)不是依靠傳統(tǒng)的輪子來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而是依靠整個(gè)機(jī)器人形態(tài)上的設(shè)計(jì)形成一個(gè)圓形，依靠各構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)，改變重心位置，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。關(guān)鍵詞：滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)；攀爬運(yùn)動(dòng)；雙足步行；運(yùn)動(dòng)機(jī)器人；運(yùn)動(dòng)控制中重心偏移長(zhǎng)度Lmax。我們選擇把重心偏移距離限制在最大值以內(nèi)，這樣就就可以取不同重心偏距的滾動(dòng)下評(píng)估不同的結(jié)果。這用約束不等式完成。02。（5-D5.3.2重心偏置角對(duì)于任何想要的滾動(dòng)角巾k、重心偏置角Wk,這些參數(shù)用公式3計(jì)算，但是必須符合以下公式°

20、;=由Wk（5-2）5.3.3滾動(dòng)平面的連續(xù)性為保證滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的滾動(dòng)平面具有連續(xù)性，當(dāng)滾動(dòng)角靠近釵鏈運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的角度和構(gòu)件運(yùn)動(dòng)終端即6滾動(dòng)=0°,6°,180°,300°,360°時(shí)，皎鏈轉(zhuǎn)動(dòng)的變化限制在他們?cè)试S的范圍內(nèi)，那個(gè)相切雙曲線函數(shù)用來(lái)限制釵鏈的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，如圖7,限制函數(shù)為mooth.ncritmooth.ncrit°=Q-m+A.|tanh-180。一|，一二n7)(5-3)enom=120°是適合于所有餃鏈定義皎鏈角，AOk,j是定義值的偏差，因?yàn)殁O鏈j限制在-0allowWZOk,jWZOallow

21、,這里。allow=60°是皎鏈的物理限制，能夠變化的（l>k是我們需要得到的滾動(dòng)角，-smooth=巾crit-30°是滾動(dòng)角在整個(gè)機(jī)構(gòu)變窄達(dá)到4）crito我們選擇了30°是因?yàn)檫@是這個(gè)機(jī)構(gòu)能夠張開到最大程度是滾動(dòng)角達(dá)到的最大值，在6crit=0。和60°之間，等同于6crit在300°和360°之間，指數(shù)n的取值取決于想要的滾動(dòng)角在以下情況的取值for0°<<30°(5-4)1, for30°<<120°n=3,for120°<(/)k<

22、240°for240°<<330°4, for330°<<360°FootTwoFootTwoFootOnea”,圖8腳碰撞的定義5.4足之間的干涉對(duì)于任何想要的滾動(dòng)角，滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的釵鏈的運(yùn)動(dòng)限制在給定的范圍內(nèi)，這樣就可以避免滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人腳跟腳之間的干涉，實(shí)驗(yàn)證明滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人其他構(gòu)件之間不存在干涉現(xiàn)象，也就不再我們討論的范圍內(nèi)，滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人腳跟腳之間干涉的大小的可以用腳10一2和W和腳2。3和0J邊緣的距離衡量。在以下情況下干涉將會(huì)發(fā)生0八0and0<°x3-%(

23、5.5)這里°（1訂血框架i對(duì)于j內(nèi)部影響因素，通過(guò)應(yīng)用僅限于共同配置那就做不成了角度入手，這一原理見圖8.相關(guān)的參數(shù)在表一中進(jìn)行了列舉，這些數(shù)據(jù)將會(huì)確定代表腳邊緣的滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人各部分運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)。滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的腳表面和另外一個(gè)腳表面形成一個(gè)閉合的部分，這一動(dòng)作，可以用以下數(shù)值描述if。<°x3-%Ujj=<°x3Qdjj,if0<（5-6）°x0-"du+°與-,else在這里Ui,j取負(fù)值表示滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的腳不會(huì)發(fā)生碰撞，當(dāng)Ui,j取正值表示滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人腳存在碰撞，這個(gè)結(jié)果可

24、以用以下不等值進(jìn)行限制(5-7)(5-7)0>滬fori=L2"j=3,4皎鏈軌跡生成的結(jié)果圖樣在圖9中進(jìn)行了描述，圖9描述了在允許的最大重心偏距2mm和8mm時(shí)，餃鏈和機(jī)器人重心的軌跡，為便于對(duì)照觀察，單一的最大重心偏距軌跡在圖10中進(jìn)行了描述，從圖中可以清楚的看出，我們實(shí)驗(yàn)中釵鏈軌跡產(chǎn)生的路徑成功的產(chǎn)生釵鏈連續(xù)的運(yùn)動(dòng)，這樣重心偏距軌跡在達(dá)到最大重心偏距時(shí)就是一個(gè)連續(xù)的數(shù)值。在重心偏置角接近/，時(shí)是一個(gè)例外，由于滾動(dòng)平面持續(xù)性的約束，引起重心偏距降到零，雖然我們?cè)谘芯课覀冮_發(fā)的準(zhǔn)靜態(tài)控制程序時(shí)忽略了慣性的影響，我們假設(shè)有足夠的動(dòng)量和重力影響，引起整個(gè)系統(tǒng)的滯后，在實(shí)驗(yàn)中將會(huì)使

25、滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人通過(guò)O滾動(dòng)平面持續(xù)性的限制可能引起釵鏈1和3的位置快速的接近外,，這樣就在系統(tǒng)中引入了我們不想看到的動(dòng)態(tài)影響，但是，通過(guò)觀察，他們的加速度幾乎相等，而且方向相反，這樣就可以消除了整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)影響，快速的皎鏈位置移動(dòng)同樣受限于釵鏈軌跡如何作用于機(jī)器人，他限制了釵鏈角的變化快慢，在完成攀爬運(yùn)動(dòng)是要求大傳動(dòng)比的齒輪，當(dāng)速度變化時(shí)受限于電機(jī)的功率。JointAnglePaths(deg)(6(dp)<li-6u<mo(6(dp)<li-6u<mo100:p.r.、<V.4人50060180300360CGOffsetAngle(deg)(a)0601

26、80300360(b)(lu)E5UQ-JEsttoDuCGOffsetLengthPath(m)0.010.0080.0060.0040.0020060180300360CGOffsetAngle(deg)(c)(d)CGPathAboutGeometricCenter1801802100.01330(e)(f)鉉鏈路徑生成圖10相對(duì)幾何中心的最大重心偏距同樣需要注意的是，對(duì)于不同的最大重心偏距，釵鏈軌跡有相識(shí)的形狀，彼此之間有大小接近的版本，大一些最大重心偏距需要大一些的餃鏈偏移，這也表明在最大重心偏距軌跡下需要消耗更多的能量，因?yàn)檫@需要更大的鉉鏈結(jié)合。6本課程未來(lái)的研究方向因?yàn)楸P式滾動(dòng)步

27、行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的一個(gè)主要運(yùn)動(dòng)是攀爬，所以電機(jī)和齒輪要基于完成攀爬運(yùn)動(dòng)所需要的條件進(jìn)行選擇，基于攀爬運(yùn)動(dòng)選擇電機(jī)、齒輪要求能夠給鉉鏈提供高的轉(zhuǎn)矩，這和完成滾動(dòng)要求釵鏈有很大的轉(zhuǎn)速，能夠?yàn)闈L動(dòng)提供更多的動(dòng)態(tài)模式，這兩點(diǎn)是矛盾的。因?yàn)闇p速齒輪系統(tǒng)本身所固有的低效率，使得用來(lái)完成減速的大傳動(dòng)比的齒輪系統(tǒng)同樣會(huì)對(duì)不同形式的運(yùn)動(dòng)造成影響。未來(lái)將研究如何優(yōu)化電機(jī)和齒輪系統(tǒng)，從而在允許滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人攀爬各種不用的路面的同時(shí)具有高的釵鏈轉(zhuǎn)速和高的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)效率。未來(lái)研究同樣包括開發(fā)能夠適應(yīng)更動(dòng)態(tài)方法滾動(dòng)的控制系統(tǒng)，這些方法包括用腿踏開地面，通過(guò)餃鏈的結(jié)合為系統(tǒng)提供動(dòng)量，用重心的偏移維持大的轉(zhuǎn)矩，我們將會(huì)

28、開發(fā)能夠完成狀態(tài)評(píng)估和地形特征識(shí)別的傳感器用來(lái)完成反饋控制，嵌入式控制系統(tǒng)將會(huì)代替分離式控制系統(tǒng)，我們將會(huì)研究根據(jù)不同運(yùn)動(dòng)模式和地形特征的轉(zhuǎn)換方法，用來(lái)是以后研發(fā)的機(jī)器人能夠更好的適應(yīng)不同的環(huán)境。最后我們將利用在盤式滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人上的研究成果，用來(lái)開發(fā)球型六足機(jī)器人和下一代盤式滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人。7設(shè)計(jì)總結(jié)7.1本文的主要內(nèi)容小結(jié)經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的學(xué)習(xí)與努力，終于完成了滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人這一畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，在這一課題中，我的主要內(nèi)容是如何設(shè)計(jì)方案達(dá)到運(yùn)動(dòng)目的，如何進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)分析和結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的優(yōu)化處理。(1) 在系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中，我閱讀了大量的關(guān)于機(jī)器人設(shè)計(jì)方面的書籍，如何比較已有方

29、案的的不同點(diǎn)，了解他們的設(shè)計(jì)思路，把他們的設(shè)計(jì)亮點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的自得的設(shè)計(jì)中去，滾動(dòng)、步行、攀爬，這每一種運(yùn)動(dòng)形式都有個(gè)大量的研究，我們?cè)O(shè)計(jì)的目的就是如何把這三種不同的運(yùn)動(dòng)形式結(jié)合在一起，那么必定要參考己有的設(shè)計(jì)方案，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中還有一些創(chuàng)新性的東西，那就是運(yùn)動(dòng)圓形骨架把這些不同的運(yùn)動(dòng)形式結(jié)合在一起。(2) 運(yùn)動(dòng)分析，在這一節(jié)的分析中我們要解決已經(jīng)確定了結(jié)構(gòu)的情況下，如何實(shí)現(xiàn)特定的運(yùn)動(dòng)，確定主要構(gòu)件的支撐，和一些細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，使?jié)L動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)、步行、攀爬這三種運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又可以輕松的實(shí)現(xiàn)三種運(yùn)動(dòng)形式的變換，在這里面重點(diǎn)要解決的是如何通過(guò)重心位置的變化，使機(jī)器人能夠順利實(shí)現(xiàn)所需的滾動(dòng)。(

30、3) 優(yōu)化處理，在這一部分中我們要解決滾動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程遇到的特殊問(wèn)題，比如如何對(duì)重心偏距L、重心偏置角進(jìn)行限制，找出限制不等式，為了使?jié)L動(dòng)步行復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)器人能搞得到連續(xù)性的運(yùn)動(dòng)平面，又要對(duì)一些條件進(jìn)行限制，最終的目的是為了得到理想的運(yùn)動(dòng)形式。(4) 最后是圖紙的繪制，這一過(guò)程中結(jié)合設(shè)計(jì)和工藝要求，對(duì)各零部件進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)繪圖，得到了的具體圖紙，并鍛煉了CAD軟件的運(yùn)用能力。7.2設(shè)計(jì)心得實(shí)踐，是一面很亮的鏡子，能夠通過(guò)它看出我們自身的缺點(diǎn)，能夠通過(guò)它查找出自身缺乏的知識(shí)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我明顯感覺到“書到用時(shí)方恨少”。大學(xué)四年的學(xué)習(xí)雖讓我們具備了一定的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)，但總的來(lái)說(shuō)我們的

31、知識(shí)缺乏實(shí)踐的檢驗(yàn)，還是相當(dāng)?shù)牧闵ⅲM(jìn)行的設(shè)計(jì)很粗糙，在以后的生活中我會(huì)不斷地學(xué)習(xí)充實(shí)自己。另外，設(shè)計(jì)行業(yè)是一個(gè)需要時(shí)間積累的行業(yè)，工程師往往需要大量的時(shí)間去磨礪。成功等99%的勤奮+1%的天賦。在今后的工作學(xué)習(xí)中我會(huì)更加堅(jiān)定自己的目標(biāo)，勇往無(wú)前而奮斗！參考文獻(xiàn)朱世強(qiáng)等。機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用。浙江大學(xué)出版社。2001.71 平偉等。助行機(jī)器人研究發(fā)展和展望，機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2009年第一期。2 張煒。機(jī)器人服務(wù)sulartpaL機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用。2007年第四期魯濤。智能輪椅研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用。2008年的第二期。51王立權(quán)等。機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制作。清華大學(xué)出版社。200

32、7.6 萬(wàn)家福，張文菲，張占松。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)與應(yīng)用。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.4美）泰勒Tayler.A）,美）萊曼Layman.R）,美）布格Buege.B）著；張偉，張華平，趙含譯，J2EE&Java黑客大曝光：開發(fā)安全的應(yīng)用程序，北京：清華大學(xué)出版社。20037 朱世強(qiáng)，王宣銀，機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用，杭州：浙江大學(xué)出版社。2001.7宗光華，張慧慧。機(jī)器人設(shè)計(jì)與控制。華中科技大學(xué)出版社，2004.5【10】楊曉蘭等。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)。華中科技大學(xué)出版社。2006.1【11】吳美芳主編，機(jī)器人控制基礎(chǔ)，北京，中國(guó)鐵道出版社，1992.4【12】馬香封主編，機(jī)器人原理及其應(yīng)用

33、，機(jī)械工業(yè)出版社，198.8【13】蔡自新編著，機(jī)器人原理及其應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，1988.8【14】吳廣玉，江復(fù)興編，機(jī)器人工程導(dǎo)論，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1988.8【15】重慶大學(xué)梁錫昌主編，機(jī)械創(chuàng)造方法與專利實(shí)例，國(guó)防工業(yè)出版社，2005.2【16】陳與平，周兆元主編，互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)，機(jī)械工業(yè)出版社，2005.10【17】朱張校主編，工程材料，清華大學(xué)出版社。2007.3【18】陳雪華，廖志勇，王光建，過(guò)功能教學(xué)機(jī)器人。重慶大學(xué)報(bào)。2004【19】朱輝，唐保寧，陳大復(fù)編著，畫法幾何與工程制圖，上海科學(xué)技術(shù)出版社，198220Goradia,A,NingXi,Internetba

34、sedrobots:applications,impacts,challengesandfuturedirectionAdvancedRoboticsanditsSocialimpacts,2005,IEEEWorkshopon.21ZengDehui,Xiecunxi,LiXuemeidesignandImplementionofInternetBasedHealthcare22RivinEugeneI,MechanicalDesignofRobot,McGraw-Hill,1988【23】MathewT.Mason,RobotHandsandthemechanicsofManipulati

35、on,theMITpress,198524Miller,Rex,FungamentalsofOndustrialRobotsanRObotics,RSW-Kentpublishingcompany,1988【25】Korenyoram,computercontrolofmanufacturingsystems,McGraw-Hill,Inc-1989【26】Burr,A,H,MechanicalAnalysisandDesign,Elevier,NewYork1982外文資料RobotsTheindustrialrobotisusedinthemanufacturingenvironmentt

36、oincreaseproductivity.Itcanbeusedtodoroutineandtediousassemblylinejobs,oritcanperformjobsthatmightbehazardoustodoroutineandtediousassemblylinejobs,oritcanperformjobsthatmightbehazardoustothehumanworker.Forexample,oneofthefirstindustrialrobotswasusedtoreplacethenuclearfuelrodsinnuclearpowerplants,Ahu

37、mandoingthisjobmightbeexposedtoharmfulamountsofradiation.Theindustrialrobotcanalsooperateontheassemblyline,puttingtogethersmallcomponents,suchasplacingelectroniccomponentsonaprintedcircuitboard.Thus,thehumanworkercanberelievedoftheroutineoperationofthistedioustask.Robotscanalsobeprogrammedtodefusebo

38、mbs,toservethehandicapped,andtoperformfunctionsinnumerousapplicationsinoursociety.Therobotcanbethoughtofasamachinethatwillmoveanend-of-armtool,sensor,andgrippertoapreprogrammedlocation.Whentherobotarrivesatthislocation,itwillperformsomesortoftask.Thistaskcouldbewelding,sealing,machineloading,machine

39、unloading,orahostofassemblyjobs.Generally,thisworkcanbeaccomplishedwithouttheinvolvementofahumanbeing,exceptforprogrammingandforturningthesystemonandoff.Thebasicterminologyofroboticsystemsisintroducedinthefollowing:1. Arobotisareprogrammable,multifunctionalmanipulatordesignedtomoveparts,materials,to

40、ols,orspecialdevicesthroughvariableprogrammedmotionsfortheperformanceofavarietyofdifferenttask.Thisbasicdefinitionleadstootherdefinitions,presentedinthefollowingparagraphs,thatgiveacompletepictureofaroboticsystem.2. Preprogrammedlocationsarepathsthattherobotmustfollowtoaccomplishwork,Atsomeoftheselo

41、cations,therobotwillstopandperformsomeoperation,suchasassemblyofparts,spraypainting,orwelding.Thesepreprogrammedlocationsarestoredintherobot'smemoryandarerecalledlaterforcontinuousoperation.Furthermore,thesepreprogrammedlocations,aswellasotherprogramdata,canbechangedlaterastheworkrequirementscha

42、nge.Thus,withregardtothisprogrammingfeature,anindustrialrobotisverymuchlikeacomputer,wheredatacanbestoredandlaterrecalledandedited.3. Themanipulatoristhearmoftherobot.Itallowstherobottobend,reach,andtwist.Thismovementisprovidedbythemanipulator'saxes,alsocalledthedegreesoffreedomoftherobot,Arobot

43、canhavefrom3to16axes.Thetermdegreesoffreedomoffreedomwillalwaysrelatetothenumberofaxesfoundonarobot.4. Thetoolingandgrippersarenotpartoftheroboticsystemitself;rather,theyareattachmentsthatfitontheendoftherobot'sarm.Theseattachmentsconnectedtotheendoftherobot'sarmallowtherobottoliftparts,spot

44、-weld,paint,arc-weld,drill,deburr,anddoavarietyoftasks,dependingonwhatisrequiredoftherobot.5. Theroboticsystemcanalsocontroltheworkcelloftheoperatingrobot.theworkcelloftherobotisthetotalenvironmentinwhichtherobotmustperformitstask.Includedwithinthiscellmaybethecontroller,therobotmanipulator,aworktab

45、le,safetyfeatures,oraconveyor.Alltheequipmentthatisrequiredinorderfortherobottodoitsjobisincludedintheworkcell.Inaddition,signalsfromoutsidedevicescancommunicatewiththerobotinordertotelltherobotwhenitshouldassembleparts,pickupparts,orunloadpartstoaconveyor.Theroboticsystemhasthreebasiccomponents:the

46、manipulator,thecontroller,andthepowersource.A,ManipulatorThemanipulator,whichdoesthephysicalworkoftheroboticsystem,consistsoftwosections:themechanicalsectionandtheattachedappendage.Themanipulatoralsohasabasetowhichtheappendagesareattached.Fig.lillustratestheconnectionofthebaseandtheappendageofarobot

47、.ThebaseofthemanipulatorisusuallyfixedtotheflooroftheworkareaSometimes,though,thebasemaybemovable.Inthiscase,thebaseisattachedtoeitherarailoratrack,allowingthemanipulatortobemovedfromonelocationtoanother.AbstractWiththedevelopmentofnationaleconomyandmodernindustrialtechnologies,therobottechnologyhas

48、becomewidelyusedinalmostallfieldsoftechnology.Ithasbecomethemaintechnologyaboutautomation.Withthedevelopmentofmechanicalandelectricalintegrationtechnologycomputertechnology,robottechnologyhasbeencombinedwithmicroelectronicsandcomputergreatly.Andtherobottechnologycomeintoanewstageofdevelopment.Motiva

49、tedbytheneedforgreaterspeed,efficiencyandadaptabilityinclimbingandwalkingrobots,wehavedevelopedabipedalplanarrobotthatcomplementsitswalkingandclimbingcapabilitieswithrolling.Rollingcapabilitiesareprovidedbyaninnovativemorphology,withouttheneedforadditionalresourcesbeyondthoserequiredbywalkingandclim

50、bing.Herein,wepresentthedesignofthisrobot,thedevelopmentofaquasi-staticrollingcontroller,andacomparisonofexperimentallyobtainedspeedandenergydataforwalkingversusrollinglocomotion.Weshowthatrollingcansignificantlyimproveenergyefficiencyoverwalking一asmuchasafactorof5.5.Wealsodemonstratetheabilitytorol

51、lupslopesandrolloverobstacles.IndexTerms：Leggedlocomotionmobile；robots；motionControlAsmentionedpreviously,theappendageextendsfromthebaseoftherobot.Theappendageisthearmoftherobot.Itcanbeeitherastraight,movablearmorajointedarm.thejointedarmisalsoknownasanarticulatedarm.Theappendagesoftherobotmanipulat

52、orgivethemanipulatoritsvariousaxesofmotion,Theseaxesareattachedtoafixedbase,which,inturn,issecuredtoamounting.ThismountingensuresthatthemanipulatorwillremaininonelocationoAttheendofthearm,awristisconnected.Thewristismadeupofadditionalaxesandawristflange.Thewristflangeallowstherobotusertoconnectdiffe

53、renttoolingtothewristfordifferentjobs.Themanipulator'saxesallowittoperformworkwithinacertainarea.Thisareaiscalledtheworkcelloftherobot,anditssizecorrespondstothesizeofthemanipulator.Fig.2illustratestheworkcellofatypicalassemblyrobot.Astherobot'sphysicalsizeincreases,thesizeoftheworkcellmusta

54、lsoincrease.Themovementofthemanipulatoriscontrolledbyactuators,ordrivesystems.Theactuators,ordrivesystem,allowsthevariousaxestomovewithintheworkcell.Thedrivesystemcanuseelectric,hydraulic,orpneumaticpower.Theenergydevelopedbythedrivesystemisconvertedtomechanicalpowerbyvariousmechanicaldrivesystems.T

55、hedrivesystemsarecoupledthroughmechanicallinkages.Theselinkages,inturn,drivethedifferentaxesoftherobot.Themechanicallinkagesmaybecomposedofchains,gears,andballscrews.B.ControllerThecontrollerintheroboticsystemistheheartoftheoperation.Thecontrollerstorespreprogrammedinformationforlaterrecall,controlp

56、eripheraldevices,andcommunicateswithcomputerswithintheplantforconstantupdatesinproductionThecontrollersisusedtocontroltherobotmanipulator'smovementsaswellastocontrolperipheralcomponentswithintheworkcell.Theusercanprogramthemovementsofthemanipulatorintothecontrollerthroughtheuseofahand-heldteachp

57、endent.Thisinformationisstoredinthememoryofthecontrollerforlaterrecall.Thecontrollerstoresallprogramdataoftheroboticsystem.Itcanstoreseveraldifferentprograms,andanyoftheseprogramscanbeedited.Thecontrollerisalsorequiredtocommunicatewithperipheralequipmentwithintheworkcell.Forexample,thecontrollerhasa

58、ninputlinethatidentifieswhenamachiningoperationiscompleted.Whenthemachinecycleiscompleted,theinputlineturnson,tellingthecontrollertopositionthemanipulatorsothatitcanpickupthefinishedpart.Then,anewpartispickedupbythemanipulatorandplacedintothemachine.Next,thecontrollersignalsthemachinetostartoperatio

59、n.Thecontrollercanbemadefrommechanicallyoperateddrumsthatstepthroughasequenceofevents.Thistypeofcontrolleroperateswithaverysimpleroboticsystem.Thecontrollersfoundonthemajorityofroboticsystemsaremorecomplexdevicesandrepresentstate-of-the-artelectronics.Thatis,theyaremicroprocessor-operated.Thesemicroprocessorsareeither8-bit,16-bit,or32-bitprocessors.Thispo