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五自由度機(jī)器人手爪選擇篇一

①

彭蘭（蘭朋）②，魯南立,，孫立寧,，丁傾永

(機(jī)械電子工程學(xué)院，哈爾濱理工學(xué)院,，哈爾濱 150001,，中國(guó))(robotics institute。harbin institute of technology,，harbin 150001,，p。r,。china)

摘要

介紹了一種動(dòng)態(tài)優(yōu)化三自由度高速,、高精度相結(jié)合，直接驅(qū)動(dòng)臂平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)和線性驅(qū)動(dòng)器,，它可以提高其剛度進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析軟件adams仿真模擬環(huán)境中,，進(jìn)行仿真模擬實(shí)驗(yàn).設(shè)計(jì)調(diào)查是由參數(shù)分析工具完成處理的，分析了設(shè)計(jì)變量的近似的敏感性，包括影響參數(shù)的每道光束截面和相對(duì)位置的線性驅(qū)動(dòng)器上的性能.在適當(dāng)?shù)姆绞较?，模型可以獲得一個(gè)輕量級(jí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化和小變形的參數(shù),。一個(gè)平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)不同截面是用來(lái)改進(jìn)機(jī)械手的.結(jié)果發(fā)生明顯的改進(jìn)后的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析和另一個(gè)未精制一個(gè)幾乎是幾乎相等.但剛度的改進(jìn)的質(zhì)量大大降低，說(shuō)明這種方法更為有效的,。

關(guān)鍵詞: 機(jī)械手,、adams、優(yōu)化,、動(dòng)力學(xué)仿真

0 簡(jiǎn)介

并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)械手（pkm）是一個(gè)很有前途的機(jī)器操作和裝配的電子裝置,，因?yàn)樗麄冇幸恍┟黠@的優(yōu)勢(shì)，例如：串行機(jī)械手的高負(fù)荷承載能力,，良好的動(dòng)態(tài)性能和精確定位的優(yōu)點(diǎn)等.一種新型復(fù)合3一dof臂的優(yōu)點(diǎn)和串行機(jī)械手,，也是并聯(lián)機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，三自由度并聯(lián)機(jī)器人是少自由度并聯(lián)機(jī)器人的重要類(lèi)型,。三自由度并聯(lián)機(jī)器人由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制相對(duì)容易,，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),，具有很好的應(yīng)用前景。但由于它們比六自由度并聯(lián)機(jī)器人更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)特性,，增加了這類(lèi)機(jī)構(gòu)型綜合的難度,，因此對(duì)三自由度并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行型綜合具有理論意義和實(shí)際價(jià)值。本文利用螺旋理論對(duì)三自由度并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行型綜合,，以總結(jié)某些規(guī)律,，進(jìn)一步豐富型綜合理論，并為新機(jī)型的選型提供理論依據(jù),，以下對(duì)其進(jìn)行闡述,。

如圖-1所示 機(jī)械手組成的平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)(ppm)包括平行四邊形結(jié)構(gòu)和線性驅(qū)動(dòng)器安裝在ppm.兩直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)c整合交流電高分辨率編碼器的一部分作為驅(qū)動(dòng)平面并聯(lián)機(jī)械裝置.線型致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的聲音線圈發(fā)動(dòng)機(jī).這被認(rèn)為是理想的驅(qū)動(dòng)短行程的一部分.作為一個(gè)非換直接驅(qū)動(dòng)類(lèi)，音圈電機(jī)可以提供高位置敏感和完美的力量與中風(fēng)的角色,，高精密線性編碼作為回饋部分保證在垂直方向可重復(fù)性,。

另一方面，該產(chǎn)品具有較高的剛度比串行機(jī)械手,，因?yàn)樗奶攸c(diǎn)和低封閉環(huán)慣性轉(zhuǎn)矩,。同時(shí)，該系統(tǒng)可以克服了柔性耦合力學(xué)彈性,、齒輪,、軸承、被撕咬支持,，連接軸和其他零件,，包括古典驅(qū)動(dòng)設(shè)備，因此該機(jī)械手是更容易得到動(dòng)力學(xué)性能好、精度高,。

圖-1 3自由度的混合結(jié)構(gòu)的機(jī)械手

當(dāng)長(zhǎng)度的各個(gè)環(huán)節(jié)的平面并聯(lián)機(jī)時(shí),，構(gòu)決定于運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和綜合[4-7]，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的首要任務(wù),，應(yīng)加大僵硬,、降低質(zhì)量.關(guān)于幾個(gè)參數(shù)模型.這是它重要和必要的影響，研究了各參數(shù)對(duì)模型表現(xiàn)以進(jìn)一步優(yōu)化,。本文就開(kāi)展設(shè)計(jì)研究工具,，通過(guò)參數(shù)分析亞當(dāng)斯，又要適當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)獲得一個(gè)輕量級(jí)的優(yōu)化和小變形系統(tǒng),。仿真模型

adams(automatic dynamic analysis 0f mechanical system)自動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析是一個(gè)完美的軟件,，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模擬可處理機(jī)制包括有剛性和靈活的部分，仿真模型可以創(chuàng)造出機(jī)械手的亞當(dāng)斯環(huán)境 如圖-2,。oxyz是全球性的參考幀,，并oxyz局部坐標(biāo)系，兩個(gè)直流驅(qū)動(dòng)電機(jī),、交流和02m o1a表示,，與線性驅(qū)動(dòng)器ch被視為剛性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電機(jī)傳動(dòng)的120kg/cm2。大眾的線性驅(qū)動(dòng)器是1.5kg,，連接ab,、德、03f和lj被視為柔性體立柱,、橫梁gk,，通用公司和公里，形成一個(gè)三角形,，也被當(dāng)作柔性傳動(dòng)長(zhǎng)度的鏈接是決定提前運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)為ab =o3f = 7cm,，de=ij=7cm，gk= 7cm,，gm =11.66cm,，= 8.338cm。其它維度,，這個(gè)數(shù)字是01a = 02m =7cm,，cb=cd=hj 2.5cm。ef=eg=jk= 3cm,。

雖然總平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)都是在水平,、垂直和水平剛度必須在豎向剛度特征通常低于水平僵硬，因?yàn)樗慕巧诖怪睉冶哿旱慕孛娉叽缬?jì)算每一束平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)和相對(duì)位置的線性驅(qū)動(dòng)器是兩個(gè)非常僵硬的影響因素的系統(tǒng),。

運(yùn)動(dòng)支鏈可分為三類(lèi)：“主動(dòng)鏈（由驅(qū)動(dòng)器賦予確定獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的支鏈,。一般是單驅(qū)動(dòng)器控制一個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)）,，從動(dòng)鏈（不帶驅(qū)動(dòng)器、被迫作確定運(yùn)動(dòng)的支鏈,。又分為以下兩種：約束鏈：獨(dú)立限制機(jī)構(gòu)自由度的從動(dòng)鏈,。冗余鏈：重復(fù)限制機(jī)構(gòu)自由度的從動(dòng)鏈）復(fù)合鏈（有單驅(qū)動(dòng)器、但限制一個(gè)以上的機(jī)構(gòu)自由度的支鏈,，實(shí)際是主動(dòng)鏈與約束鏈的組合）-并聯(lián)機(jī)構(gòu)是由這幾種支鏈用不同形式組合起來(lái)的,。動(dòng)鏈中的約束鏈除了可以提高機(jī)構(gòu)剛度和作為測(cè)量鏈外，其更主要的作用是用來(lái)約束動(dòng)平臺(tái)的某一個(gè)或幾個(gè)自由度,，以使其實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng),。

圖-2 仿真模型 仿真模擬結(jié)果

在本節(jié)中，平均位移的末端是用來(lái)描述動(dòng)態(tài)剛度,，這是在不同的配置在不同的線性驅(qū)動(dòng)器向前,，從最初的位置的目的地，一般的豎向位移的機(jī)械手是作為目標(biāo)來(lái)研究豎向剛度,，平均差別的橫坐標(biāo),、縱坐標(biāo)點(diǎn)之間有一個(gè)剛性數(shù)學(xué)模型，模型,，作為目標(biāo)來(lái)研究水平剛度,。

并聯(lián)機(jī)器人的構(gòu)型設(shè)計(jì)即型綜合是并聯(lián)機(jī)器人設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)，其目的是在給定所需自由度和運(yùn)動(dòng)要求條件下,，尋求并聯(lián)機(jī)構(gòu)桿副配置,、驅(qū)動(dòng)方式和總體布局等的各種可能組合,。國(guó)內(nèi)的許多學(xué)者正致力于這方面的研究,，其中比較有代表性的有如下幾種方法：”黃真為代表的約束綜合法；楊廷力等人的結(jié)構(gòu)綜合法,；代表的李代數(shù)綜合法,。以上各種方法自成體系，各有特點(diǎn),，都缺乏理論的完備性,。本文提出添加約束法，是從限制自由度的角度出發(fā),，增加約束,，去除不需要的自由度，因每條主動(dòng)鏈只有一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置,，讓其控制一個(gè)自由度,，其余自由度通過(guò)純約束鏈去除，這樣可以使主,、從動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏈的作用分離,，運(yùn)動(dòng)解耦,，有利于控制。具有三自由度的并聯(lián)機(jī)床,，當(dāng)采用條主動(dòng)支鏈作為驅(qū)動(dòng)時(shí),，機(jī)構(gòu)就需要約束另三個(gè)自由度，通過(guò)選擇無(wú)驅(qū)動(dòng)裝置的從動(dòng)鏈來(lái)完成,，則整個(gè)機(jī)構(gòu)成為有確定運(yùn)動(dòng)的三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu),。黃真等提出的約束綜合法對(duì)完全對(duì)稱的少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)進(jìn)行了型綜合，完全對(duì)稱的支鏈結(jié)構(gòu)相同,，都屬于復(fù)合鏈,，每條支鏈除都有一個(gè)單驅(qū)動(dòng)器，控制一個(gè)自由度外,，還應(yīng)約束一個(gè)以上自由度才能使機(jī)構(gòu)的六個(gè)自由度全部受控,，使機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。

2.1 截面效應(yīng)

扭轉(zhuǎn)變形位移的連結(jié)將會(huì)引起的,，所以,，扭轉(zhuǎn)常數(shù)的橫截面，重力是研究裝系統(tǒng)來(lái)研究,，采取扭轉(zhuǎn)剛度的垂直切片lxx不變的各個(gè)環(huán)節(jié)和梁作為設(shè)計(jì)變量的變化,，從 0.1 x 105mm4 與 3.5 x 105 mm4。

圖-3 不斷的效果在垂直變形扭轉(zhuǎn)

圖-3顯示了平均位移與截面扭轉(zhuǎn)常數(shù)末端的各個(gè)環(huán)節(jié)和梁,，根據(jù)它的變化速率的環(huán)節(jié),，是最大的，ab是鏈接,，lj依次分別gk梁和km有在豎向剛度性能,。其他的仿真結(jié)果表明，水平位移之間的差異進(jìn)行比較,，結(jié)果表明該模型體育智力h和剛性模型變化小就改變了恒定不變的時(shí)候扭加載慣性力的線性驅(qū)動(dòng)器,，但是水平位移的變化，這意味著在這種模擬豎向變形的生產(chǎn)水平位移系統(tǒng)機(jī)械手,。注意端面線性驅(qū)動(dòng)器的主要原因是水平變形,、線性驅(qū)動(dòng)器機(jī)器人是由兩個(gè)節(jié)點(diǎn)c和h.所以，我們計(jì)算了不同的z-coordinate攝氏度之間,，如圖所示,，在圖4-扭轉(zhuǎn)常數(shù)的影響差別的鏈接德。其次是最有效的通用和連接梁,，連接o3f,，梁gk有效果。

因此,，應(yīng)采取ab和連接區(qū)段大扭常數(shù)的免疫力,，豎向剛度較大并行扭轉(zhuǎn)不變的鏈接德也使較少的均勻性,，降低線性驅(qū)動(dòng)器不可以降低水平變形。

圖-4 在不影響扭不變

如圖-

5,、6所展示的影響是區(qū)域慣性轉(zhuǎn)矩的設(shè)計(jì)變量是區(qū)域剛度和慣性轉(zhuǎn)矩的各個(gè)環(huán)節(jié)和梁lz,，圖顯示增加lw卡爾減少的速度高于垂直位移的不斷增加ixx扭轉(zhuǎn)。這個(gè)yxx ab,、梁的鏈接,，鏈接o3f是iyy三個(gè)主要因素決定了豎向剛度。

圖-6 所示 鏈接的ab,、梁公里,，連接03f也是其中的三個(gè)主要因素決定的均勻性線性傳動(dòng)裝置、不同的分析結(jié)果表明,，izz效果好,，具有至少兩個(gè)垂直和水平剛度，這意味著這種結(jié)構(gòu),，具有足夠的水平,，降低izz剛度的鏈接和增加iyy ab、梁的鏈接,，鏈接o3f公里的好方法,，優(yōu)化系統(tǒng)。

圖-5 瞬間的慣性效應(yīng)對(duì)垂直位移

圖-6 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不平衡的影響

2.2影響的線性驅(qū)動(dòng)器的相對(duì)位置

線性執(zhí)行器的慣性是主要載荷之一,，在機(jī)械手的運(yùn)動(dòng),，不同的相對(duì)應(yīng)的垂直位置產(chǎn)生不同的變形，圖7顯示了絕對(duì)平均的最終效應(yīng)垂直位移時(shí)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)以恒定的加速度旋轉(zhuǎn),，我們可以看到,，過(guò)低或過(guò)高的相對(duì)位置會(huì)造成比格變形，最好的位置是一對(duì)z = 24毫米的地方大概是從中間環(huán)節(jié)連接o3f到 ab.圖-7

影響線性驅(qū)動(dòng)器的相對(duì)位置

分析改進(jìn)的機(jī)械手

根據(jù)上述模擬結(jié)果,，所有改進(jìn)的機(jī)械手的設(shè)計(jì),，時(shí)間如下：鏈接截面ab,，de,，lj 與30mm的基礎(chǔ)和高度，10毫米的厚度;鏈接o3f和矩形空心梁與30mm的基礎(chǔ)和高度工型鋼,，l0mm法蘭和6mm網(wǎng);梁競(jìng),，通用汽車(chē)與8mm的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)和30mm高的矩形。

圖-8 梯形運(yùn)動(dòng)姿態(tài)

圖-9中回應(yīng)的是機(jī)械手,，相比之下,，圖-10中提高初始的反應(yīng)，在其中所有的鏈接和機(jī)械手的矩形截面梁的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),，用30毫米,，高度的差異是曲線,，c和h的曲線積分，二是垂直位移的末端,，改進(jìn)系統(tǒng)中最大位移0.7um最初的0.12um相比,，爭(zhēng)論的振動(dòng)激勵(lì)后仍停留在o.06um±0.15% s±o.05um相比的初始變形改善系統(tǒng)的初始小于前者具有較少的慣性，因?yàn)樵谙嗤牟椒ゲ粩嗉涌?，保持振?dòng)瓣膜差不多一樣,，它對(duì)這整個(gè)系統(tǒng)中來(lái)說(shuō)，仍然改善系統(tǒng)的剛度,，幾乎相當(dāng)于初始制度,，針對(duì)大規(guī)模的平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)在該系統(tǒng)相比下降了30%，這樣的初始優(yōu)化是有效的,。

圖-9,、圖-10 動(dòng)態(tài)響應(yīng)

結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種新型三自由度機(jī)械手變量的敏感性進(jìn)行了研究在adams環(huán)境中，可以得出以下結(jié)論：

1）機(jī)器人具有較大的水平剛度,，最終水平位移,，效應(yīng)主要是由機(jī)械手垂直變形造成的，因此,，更重要的是增加的幅度比剛度豎向剛度,。

2）參數(shù)ixx，iyy并鏈接'截面剛度izz有不同的效應(yīng),，iyy已經(jīng)對(duì)垂直剛度的影響最大,，ixx在第二位的是，ixx具有在垂直剛度的影響最小,，他們都較少對(duì)水平比垂直剛度剛度,。3）橫截面的不同環(huán)節(jié)都有不同的影響，連線豎向剛度ab和德應(yīng)該使用區(qū)扭轉(zhuǎn)常數(shù)和慣性力矩大,，如變形,、長(zhǎng)方形、橫梁km,，線 03f應(yīng)該使用區(qū)段形梁等重大時(shí)刻轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,、橫梁gk，和gm 可以使用盡可能的一小部分,，從而降低了質(zhì)量,。4）最佳的線性驅(qū)動(dòng)器的相對(duì)位置可以減少變形，最好的位置是垂直的平行結(jié)構(gòu),。5）改進(jìn)的機(jī)械手的動(dòng)態(tài)分析表明該優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究的基礎(chǔ)上的效率,。

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五自由度機(jī)器人手爪選擇篇二

仿真機(jī)械手運(yùn)動(dòng)生成

（需使用運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)庫(kù)）

摘要——在使用運(yùn)動(dòng)和姿態(tài)和人互動(dòng)交流中，仿真機(jī)器人不光需要和人長(zhǎng)相相似,，更需要像人一樣能夠在交流互動(dòng)中避免誤解,。在類(lèi)人行為中，仿真機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)是和人交流的基本動(dòng)作,。這篇文章首先闡述的是用數(shù)學(xué)語(yǔ)言陳述人手臂運(yùn)動(dòng)特征,。人手臂運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是手的位置和方向決定了肘仰角。這樣的數(shù)學(xué)表述需要用到近似軟件——反應(yīng)曲面法（rsm）,。然后運(yùn)用上面的表述來(lái)將此種方法實(shí)現(xiàn)到實(shí)時(shí)控制的機(jī)械手運(yùn)動(dòng)上,。在需要將機(jī)器人的手從一點(diǎn)一到其他地方或是手的旋轉(zhuǎn)時(shí)，還得通過(guò)上述方法對(duì)其進(jìn)行評(píng)估,。下面的例子運(yùn)動(dòng)是由kist仿真機(jī)器人,，mahru所演示。

i.介紹

在過(guò)去的幾十年中,，一些機(jī)器人被開(kāi)發(fā)出來(lái)并且面向公眾,，以為人類(lèi)服務(wù)。機(jī)器人和人的大多數(shù)交流方式是通過(guò)聲音和行為來(lái)實(shí)現(xiàn)的,。盡管這種行為可能引起人的誤解,，機(jī)器人的行為還是要和人相似。當(dāng)然這種行為對(duì)于人來(lái)說(shuō)是可預(yù)測(cè)的而且感覺(jué)上也是舒適的,。仿真機(jī)器人的行動(dòng)至少要表現(xiàn)出和人相似才行,。

一些研究已經(jīng)完成了仿真機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，這種是盡可能的模仿人的運(yùn)動(dòng)得到的。人的運(yùn)動(dòng)是由運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)測(cè)量并且運(yùn)用于機(jī)器人或是動(dòng)畫(huà)特征來(lái)得到,。在視覺(jué)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的情況下,，人的運(yùn)動(dòng)的捕捉是以時(shí)間軌跡記錄器的來(lái)實(shí)現(xiàn)，這時(shí)間記錄器是安裝在演示者身體上的,。許多研究者已經(jīng)開(kāi)發(fā)出這種方法,。kim等人曾提出一種方法——運(yùn)用優(yōu)化系統(tǒng)將演示者的手臂運(yùn)動(dòng)運(yùn)用到機(jī)器人上。人的手的位置和方向由機(jī)器人模仿,，這機(jī)器人被裝上一些特定功率的關(guān)節(jié)馬達(dá),。然而這種方法并不能得到新的類(lèi)人的運(yùn)動(dòng)。pollard等人也提出過(guò)如何將所獲取的人的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)到機(jī)器人身上,，這種機(jī)器人只有上身,。優(yōu)化所獲得的演示者的上身運(yùn)動(dòng)是縮小機(jī)器人和人的體型來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這樣,，關(guān)節(jié)的位置和移動(dòng)速度極限是需要考慮的,。nakaoka等人探索除了一套程序，通過(guò)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng),，讓仿真機(jī)器人（hrp1s）模仿日本人跳舞,。主要運(yùn)動(dòng)的象征性表述得以實(shí)現(xiàn)。關(guān)節(jié)位置的時(shí)間記錄在此首次被提出來(lái),。更正這些軌跡以滿足機(jī)器人的機(jī)械限制,。特別地，為了滿足動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性,，修正腰部運(yùn)動(dòng)軌跡以保持和所需的zmp軌跡一致,。日本人的舞蹈是由動(dòng)力模仿器，openhrp以及真實(shí)的機(jī)器人來(lái)演示,。這些方法都是用來(lái)模仿給定的運(yùn)動(dòng)的,。這些方法就很難能夠得到和人的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)里一些列的類(lèi)人運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗麄兌际遣扇∷@得的給定的運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的,。

asfour等人提出例外一種方法是用人手臂的數(shù)學(xué)表述語(yǔ)言得到機(jī)械手的運(yùn)動(dòng),。這種數(shù)學(xué)表述被廣泛采用。在那些論文中,，肩部的空間笛卡爾坐標(biāo)系定義了人的手腕位置有四個(gè)參數(shù),。然而，所提的表述近似的表示出了手臂的運(yùn)動(dòng),，因此,，這種方法得以運(yùn)用但會(huì)出現(xiàn)機(jī)器人手臂的位置和方向的錯(cuò)誤結(jié)果。再者,，那片文章中的四個(gè)參數(shù)并沒(méi)有生理意義,。

由于機(jī)器人不光需要模擬人的運(yùn)動(dòng),，還得演示隨時(shí)從運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)里調(diào)出的類(lèi)人運(yùn)動(dòng)，這就需要一些新的方法,。在這片論文中,，提取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的人手臂運(yùn)動(dòng)特征的方法將要給以陳述,。

這些特征將以肘抬角給以描述,。此角手腕的位置決定，且角度處于手掌和地面之間,。借助于對(duì)于手臂的自然抬舉角度來(lái)得到仿真機(jī)器人的運(yùn)動(dòng),。

ii.肘部仰角：描述人的手臂運(yùn)動(dòng)

圖表1.肘仰角定義

此部分運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)庫(kù)手臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程特征得以描述。如圖表2所示運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)是由可購(gòu)買(mǎi)得到的視覺(jué)運(yùn)動(dòng)捕捉器來(lái)實(shí)現(xiàn),。人體模型圖表三由運(yùn)動(dòng)捕捉器s/w模仿,。

日常生活中，手的點(diǎn)到點(diǎn)的移動(dòng)是由手的指向來(lái)定位的,，譬如,，手抓桌子或空中物體，或是和談話人進(jìn)行手勢(shì)等等,。人手的姿勢(shì)或許可以由手腕的位置手的運(yùn)動(dòng)方向以及肘關(guān)節(jié)的姿勢(shì)來(lái)描述,。從手臂運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)來(lái)看肘姿勢(shì)也許主要是手腕的位置和手掌的方向向量——即手掌方向來(lái)決定。換句話來(lái)說(shuō),，在特定的情況下手掌的姿勢(shì)又以手腕的位置,，手掌方向和肘的姿勢(shì)的形式來(lái)描述。更者,，肘姿勢(shì)可以由手腕和手掌的方向來(lái)表示,。手腕的位置的獲得要用到以地面的標(biāo)準(zhǔn)建立的球笛卡爾坐標(biāo)系的演示者手臂運(yùn)動(dòng)，然后改變參照物到演示者的肩關(guān)節(jié)上,。肘姿勢(shì)的定義是豎直面（圖表1中的紅線三角組成的）和由肩,，手腕，以及肘組成的圖表一的藍(lán)色的三線構(gòu)成的面,，這兩個(gè)面的夾角,，這角叫做肘關(guān)節(jié)仰角。由于以對(duì)于人的手臂的運(yùn)動(dòng)的比較自然的姿勢(shì)的關(guān)鍵因素——手腕的位置和手掌的方向定義了此角,，人的手臂的運(yùn)動(dòng)就能夠特征化了,。當(dāng)藍(lán)線所成平面（見(jiàn)如圖1）和豎直紅線形成平面重合時(shí)，此仰角為0度,。

要獲得人的肘自然姿勢(shì),，就要用上圖標(biāo)3的線性數(shù)學(xué)分析。在實(shí)驗(yàn)中,，演示者的手臂都是放松的或是無(wú)需預(yù)設(shè)的移動(dòng),。相當(dāng)多的手腕的姿勢(shì)和手掌的方向?qū)τ谘菔菊邅?lái)說(shuō)是預(yù)先給定的。在這次實(shí)驗(yàn)中，手臂的移動(dòng)平均分六段,。然后再5秒內(nèi)演示者畫(huà)上5個(gè)不同尺寸的圓,。同樣的實(shí)驗(yàn)由不同的手掌方向重復(fù)3次。

圖表2.運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)和演示者

圖表3.對(duì)于一系列人手姿勢(shì)的線性分析

人手的運(yùn)動(dòng)的獲得用到hawk 數(shù)字系統(tǒng),，這種設(shè)備可以從運(yùn)動(dòng)分析有限公司購(gòu)買(mǎi)（見(jiàn)圖2）,。演示者身上安放29個(gè)組件和8個(gè)攝像頭也派上用場(chǎng)。時(shí)間軌跡記錄器——記錄人的運(yùn)動(dòng)也購(gòu)置好了,。通過(guò)運(yùn)用這個(gè)時(shí)間軌跡記錄器,，需要累計(jì)記錄每個(gè)坐標(biāo)形式下的肩膀和坐標(biāo)系，手腕的位置便能定位,。

iii.有關(guān)肘關(guān)節(jié)仰角問(wèn)題

從上面做出的部分,，以及對(duì)其線性分析能夠發(fā)現(xiàn)手姿勢(shì)的特征需要是肘關(guān)節(jié)仰角描述，肘關(guān)節(jié)仰角是手腕的位置和手掌的方向來(lái)表述的,。

a.響應(yīng)面分析法

響應(yīng)面分析法是一項(xiàng)代表同側(cè)輸入變量和反應(yīng)之間關(guān)系的技術(shù),。分析法中反應(yīng)函數(shù)定義出了類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。簡(jiǎn)要描述如下：

實(shí)驗(yàn)反應(yīng)函數(shù)近似如下：

y表示實(shí)驗(yàn)中特定的反應(yīng)結(jié)果量,，是y的未知量,，e表示反應(yīng)和反應(yīng)函數(shù)之間的偏差。x表示不同側(cè)的輸入向量,。反應(yīng)函數(shù)的近似反應(yīng)函數(shù)又用到形函數(shù)如下：

反應(yīng)函數(shù)的條件的數(shù)量,。

是

是

是形函數(shù)量（一，需要是些研究者稱之為偏函數(shù)）形函數(shù)未知系數(shù)決定于曲線擬合實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,。

在多重反應(yīng)給定的情況下,，多重偏差的獲得需要函數(shù)eq.(1)和eq.(2)的形式如下：

此處n是反應(yīng)次數(shù)（或者是實(shí)驗(yàn)）；的偏差,；為對(duì)應(yīng)于的和 是

反應(yīng)值,，和相應(yīng)

反應(yīng)的輸入向量,。等式（3)可以以向量的形式給出如下：

矩陣的維度x,，e開(kāi)平方得到的，如下： 的元素值為

,。未知常向量b是對(duì)

注意到的最小值等于的最小值,。最優(yōu)條件下的向量b可由下等式獲得：

因此,，響應(yīng)函數(shù)便獲得,?？梢?jiàn)，這就是所謂的開(kāi)平方方法,。

b.輸入量正?；?/p>

由于數(shù)值的級(jí)數(shù)分量差別,，在前面的處理過(guò)程中，變量值的正?；潜匾摹＿@種正常化可以幫助減少誤差,。再者,，由于機(jī)器人和人的大小有別,，這種正常化可以使得將人的數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用到機(jī)器人上更加的容易。

正如第二部分所提,，人的手臂運(yùn)動(dòng)特征可以通過(guò)手腕的位置和手掌的角度來(lái)描述。手腕位置的獲得需要笛卡爾空間坐標(biāo)系的手腕軌跡記的記錄,。手掌的指向代表了第二部分中所提的手掌方向向量,。將這指向和地面的夾角作為輸入量之一,。這些表示參數(shù)與無(wú)量綱2表示如下：

表示肩與手腕的距離；

和

表示圖表7中的空間笛卡爾坐標(biāo)系中的肩膀的角度,；是手掌和地面間的夾角,。

c.肘關(guān)節(jié)仰角的特征方程

對(duì)于形函數(shù)來(lái)說(shuō),，響應(yīng)曲面法廣泛采用了第二個(gè)多項(xiàng)式,。通過(guò)由前部分定義出的參數(shù)來(lái)表述肘關(guān)節(jié)仰角的響應(yīng)函數(shù)如下：

為正?；蟮闹庋鼋琼憫?yīng)函數(shù),。輸入向量x由等式(9)給出,。形函數(shù)的未知向量系數(shù)b的獲得用到等式(6)和第一部分中的人手的線性分析的結(jié)果。一旦機(jī)器人手臂肘仰角的響應(yīng)函數(shù)完成,，最自然的機(jī)器人的肘仰角將會(huì)由機(jī)器人的手腕的位置和手掌的方向來(lái)決定,。再者，響應(yīng)函數(shù)所得的運(yùn)動(dòng)應(yīng)該看似類(lèi)人的行動(dòng),。圖表（4）顯示了肘仰角輸入?yún)?shù)的結(jié)果,。

iv.逆運(yùn)動(dòng)學(xué)

在上一節(jié)中，肘仰角的獲得源于rsm和運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)庫(kù),。這節(jié)中，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的是用肘仰角產(chǎn)生一個(gè)類(lèi)似人的手臂運(yùn)動(dòng)和機(jī)器人的典型的逆運(yùn)動(dòng)程序的問(wèn)題已經(jīng)解決了關(guān)節(jié)的位置問(wèn)題,。

作為一個(gè)試點(diǎn),韓國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院開(kāi)發(fā)的仿真機(jī)器人圖5的mahru——每個(gè)臂擁有6個(gè)自由度已經(jīng)用上了,。為了解決逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題，六自由度完整性的約束是必須的,。輸入所需姿勢(shì)即是笛卡爾空間坐標(biāo)系中以肩為中心的手腕位置和手掌所成的方向角,。手腕放松時(shí)候的角度同樣也可以輸入，但是此文中的設(shè)置是0度,。為了得到類(lèi)人姿勢(shì),，就要用到人手運(yùn)動(dòng)特征等式。因此6自由度的限制條件就要用上,。解決逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的方法源于幾何問(wèn)題的分析,。

機(jī)器人，mahru 圖表6展示的是左手的放松姿勢(shì),。手臂的所在位置的姿勢(shì)垂直于地面,，其手掌貼向臀部,。

當(dāng)肘仰角從前面的段落中獲得，則余下的關(guān)節(jié)的角度從就由這段落來(lái)確定了,。

首先,，關(guān)節(jié)仰角

僅僅是由圖表7中的距離r來(lái)決定。

到的關(guān)節(jié)仰角和

由向量 決定,。當(dāng)和在給定了手腕和手掌

和手腕坐標(biāo)方向時(shí)設(shè)置角度為0度,，是由肘位置向量。通過(guò)向量

向量——手腕的置于以肩為中心的笛卡爾坐標(biāo)系的x-z坐標(biāo)系中——建立一個(gè)平面,。

可以由上方程中肘仰角和手腕的位置來(lái)計(jì)算,。

手腕螺旋角，當(dāng)r=1.7,，在和,，手腕距離（r），當(dāng)r=1.7,，時(shí)的手腕螺旋角

當(dāng)r=1.7和

時(shí)的肘仰角

圖表4.與四元素

和對(duì)應(yīng)的人手臂肘仰角

圖表6.左臂的笛卡爾坐標(biāo)系

圖表7.手臂姿勢(shì)的參數(shù) 此處的是在上面加的*

手腕位置表述如下：

是由參考系到參考系同化后的變形矩陣,，是第四個(gè)參考系中的手腕位置的向量。此向量為=上面方程給出的,。因此

,。手腕的位置是給定的，和是

可以有下面方程得出：

圖表8.左手的笛卡爾坐標(biāo)系

此處為,，為 這篇文章中,，手腕的自然豎直角度為0度。為了得到角度得以運(yùn)用,。,，兩個(gè)向量的 此處

為從肘到手腕的向量和地面的法向量組成的平面的法向量。為原始肩,，手腕的位置和給定數(shù)據(jù)下的肘位置的的平面法向量,。

v.例子

在上節(jié)，完成了肘仰角的等式,。用此等式,，可獲得自然的仿真機(jī)器人姿勢(shì)。再者,，kist機(jī)器人mahru的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)算可以從手腕的位置和手掌的方向來(lái)獲取,。評(píng)估等式和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)算，機(jī)器人需要遵循按照手腕的位置和手掌的方向,。距離笛卡爾坐標(biāo)系的以肩為中心有0.44mm的y-z平面中的正弦曲線給定了手腕的軌跡.所需的手掌方向的軌跡的得出要用到各個(gè)時(shí)刻的坐標(biāo)系中的手腕的正弦函數(shù)向量的余弦,。只要有了機(jī)器人的手臂的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)用這些軌跡便可計(jì)算出所需關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的角度。這些軌跡的由kist 機(jī)器人mahru來(lái)完成,。實(shí)驗(yàn)的演示所用的pc由每個(gè)關(guān)節(jié)上的馬達(dá)的rtai和dsp控制板來(lái)控制,。利納科斯pc 可以將關(guān)節(jié)角和所需關(guān)節(jié)向量傳遞到5米處的有can的草圖的dsp上去。每個(gè)dsp板控制相應(yīng)的馬達(dá)，從而改變帶有pd控制器的關(guān)節(jié)的所需值。

圖表9.先進(jìn)的方法將人手臂和機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)做以對(duì)比

圖表9顯示了實(shí)驗(yàn)拍攝結(jié)果,。左右臂是對(duì)稱的，同時(shí)在一,，三和最后一個(gè)場(chǎng)景中的每個(gè)肩膀手掌的方向在笛卡爾坐標(biāo)系中也是一樣的。應(yīng)該可以看到這個(gè)場(chǎng)景中合成的機(jī)器人的手臂的姿勢(shì)是不對(duì)稱的,，也就是機(jī)器人的其中一肘要比人的相應(yīng)的那肘要左偏些,。

vi.總結(jié)

此文已經(jīng)給出了如何用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述人手的運(yùn)動(dòng)特征方法。這用到了運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)庫(kù),。kist機(jī)器人mahru成功的完成了這種表述和評(píng)估,。對(duì)于任意的配置的手臂姿勢(shì)，人手的特性的先進(jìn)方法很容易實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的姿勢(shì)模仿,。這種方法很容易實(shí)時(shí)得到機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng),。例外，所產(chǎn)生的手臂運(yùn)動(dòng)能夠準(zhǔn)確的完成所需手腕的位置,，因?yàn)橹庋鼋菍?duì)手腕不再有影響,。還有就是，這種方法對(duì)于下面的情況也適用：機(jī)器人的手腕和手掌的從一點(diǎn)到例外一點(diǎn)的移動(dòng)能到手的能夠抓住伺服視覺(jué)中物體過(guò)度,。

這種方法或許不能充分完成所需的手的定位工作,，因?yàn)橹庋鼋侵荒苡玫揭粋€(gè)角度，這個(gè)角度是在其他三個(gè)所需方向之外的與手掌方向一致的角度,。倘若這只手的所需角度要能夠滿足上訴情況,，則對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)就要能多的自由度數(shù)。還有就是,在考慮到動(dòng)態(tài)性能和自身的沖突問(wèn)題時(shí),，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)仍然是我們的未來(lái)工作任務(wù),。

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五自由度機(jī)器人手爪選擇篇三

六自由度并聯(lián)機(jī)器人基于grassmann-cayley代數(shù)的奇異性條件

patricia ben-horin和moshe shoham，會(huì)員,，ieee

摘要

本文研究了奇異性條件大多數(shù)的六自由度并聯(lián)機(jī)器人在每一個(gè)腿上都有一個(gè)球形接頭。首先,確定致動(dòng)器螺絲在腿鏈中心,。然后用凱萊代數(shù)和相關(guān)的分解方法用于確定哪些條件的導(dǎo)數(shù)(或剛度矩陣)包含這些螺絲是等級(jí)不足,。這些工具是有利的,因?yàn)樗麄兎奖悴倏v坐標(biāo)-簡(jiǎn)單的表達(dá)式表示的幾何實(shí)體,從而使幾何解釋的奇異性條件是更容易獲得。使用這些工具,奇異性條件(至少)144種這類(lèi)的組合被劃定在四個(gè)平面所相交的一個(gè)點(diǎn)上,。這四個(gè)平面定義為這個(gè)零距螺絲球形關(guān)節(jié)的位置和方向,。指數(shù)terms-grassmann-cayley代數(shù)，奇點(diǎn)，三條腿的機(jī)器,。

一,、介紹

在過(guò)去的二十年里,許多研究人員廣泛研究并聯(lián)機(jī)器人的奇異性。不像串聯(lián)機(jī)器人,失去在奇異配置中的自由度,盡管并聯(lián)機(jī)器人的執(zhí)行器都是鎖著但是他們的的自由度還是可以獲得的,。因此,這些不穩(wěn)定姿勢(shì)的全面知識(shí)為提高機(jī)器人的設(shè)計(jì)和確定機(jī)器人的路徑規(guī)劃是至關(guān)重要的,。

主要的方法之一,用于尋找奇異性并行機(jī)器人是基于計(jì)算雅可比行列式進(jìn)行的。gosselin和安杰利斯[1]分類(lèi)奇異性的閉環(huán)機(jī)制通過(guò)考慮兩個(gè)雅克比定義輸入速度和輸出速度之間的關(guān)系,。當(dāng)圣魯克和gosselin[2]減少了算術(shù)操作要求定義的雅可比行列式高夫·斯圖爾特平臺(tái)(gsp),從而使數(shù)值計(jì)算得到多項(xiàng)式,。

另一個(gè)重要的工具,為分析螺旋理論中的奇異性,首先闡述了1900的論文[6]和開(kāi)發(fā)機(jī)器人應(yīng)用程序。幾項(xiàng)研究已經(jīng)應(yīng)用這個(gè)理論找到并聯(lián)機(jī)器人的奇異性,例如,[11]-[14],。特別注意到情況,執(zhí)行機(jī)構(gòu)是線性和代表螺絲是零投的,。在這些情況下,奇異的配置是解決通過(guò)使用幾何,尋找可能的致動(dòng)器線依賴[15]-[17]。其他分類(lèi)方法閉環(huán)機(jī)制可以被發(fā)現(xiàn)在[18]-[22],。

在本文中,我們分析了奇異點(diǎn)的一大類(lèi)三條腿的機(jī)器人,在每個(gè)腿鏈有一個(gè)球形接頭上的任何點(diǎn),。我們只關(guān)注了正運(yùn)動(dòng)學(xué)奇異性。首先,我們發(fā)現(xiàn)螺絲相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的每個(gè)鏈,。因?yàn)槊恳粋€(gè)鏈包含一個(gè)球形接頭,自致動(dòng)器螺絲是相互聯(lián)合的,他們是通過(guò)球形關(guān)節(jié)的零螺距螺桿螺絲,。然后我們使用grassmann-cayley代數(shù)和相關(guān)的發(fā)展獲得一個(gè)代數(shù)方程,它源于管理行機(jī)器人包含的剛度矩陣。直接和高效檢索的幾何意義的奇異配置是最主要的一個(gè)優(yōu)點(diǎn),在這里將介紹其方法,。

雖然之前的研究[53]分析7架構(gòu)普惠制,各有至少三條并發(fā)關(guān)節(jié),本文擴(kuò)展了奇點(diǎn)分析程度更廣泛的一類(lèi)機(jī)器人有三條腿和一個(gè)球形關(guān)節(jié),。使用降低行列式和grassmann-cayley運(yùn)營(yíng)商我們獲得一個(gè)通用的條件,這些機(jī)器人的奇異性提供在一個(gè)簡(jiǎn)單的幾何意義方式計(jì)算中。

本文的結(jié)構(gòu)如下,。第二節(jié)詳細(xì)描述了運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)的并聯(lián)機(jī)器人,。第三節(jié)包含一個(gè)簡(jiǎn)短的在螺絲和大綱性質(zhì)的背景下驅(qū)動(dòng)器螺絲,零距螺絲作用于中心的球形關(guān)節(jié)。第四部分包含一個(gè)介紹grassmann-cayley代數(shù)的基本工具用于尋找奇異性條件,。這部分還包括剛度矩陣(或?qū)?shù))分解成坐標(biāo)自由表達(dá),。第五節(jié)中一個(gè)常見(jiàn)的例子給出了這種方法。最后,第六章比較了使用本方法結(jié)果與結(jié)果的其他技術(shù),。

二,、運(yùn)動(dòng)構(gòu)架

本文闡述了6自由度并聯(lián)機(jī)器人有六間連通性基礎(chǔ)和移動(dòng)平臺(tái)。肖海姆和羅斯[54]提供了調(diào)查可能的結(jié)構(gòu),產(chǎn)生基于流動(dòng)公式6自由度的grubler和kutzbach,。他們尋找了所有的可能性,滿足這個(gè)公式對(duì)關(guān)節(jié)的數(shù)目和任何鏈接,。gsp和三條腿的機(jī)器人結(jié)構(gòu)的一個(gè)子集所列出的6自由度shoham和羅斯。一個(gè)類(lèi)似的例子也證實(shí)了了podhorodeski和pittens[55],他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)類(lèi)的三條腿的對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人,球形關(guān)節(jié),、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的平臺(tái)在每個(gè)腿比其他結(jié)構(gòu)潛在有利,。正如上面所討論的,大多數(shù)的報(bào)告文獻(xiàn)限制他們的分析結(jié)構(gòu)和球形關(guān)節(jié)位于移動(dòng)平臺(tái)和棱柱關(guān)節(jié)作為驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)。在這個(gè)分類(lèi),我們包括五種類(lèi)型的關(guān)節(jié)和更多的可選職位的球形關(guān)節(jié),。

我們處理機(jī)器人有三個(gè)鏈連接到移動(dòng)平臺(tái),每個(gè)驅(qū)動(dòng)有兩個(gè)1自由度關(guān)節(jié)或一個(gè)二自由度關(guān)節(jié),。這些鏈不一定是平等的,但都有移動(dòng)和連接六個(gè)基地和之間的平臺(tái),。除了球形接頭(s),關(guān)節(jié)考慮是棱鏡(p),轉(zhuǎn)動(dòng)(r)、螺旋(h),、圓柱(c)和通用(u),前三個(gè)是1自由度關(guān)節(jié)和最后兩個(gè)二自由度的關(guān)節(jié),。所有的可能性都顯示在表i和ii。該列表只包含機(jī)器人,有平等的連鎖,總計(jì)144種不同的結(jié)構(gòu),但是機(jī)器人與任何可能的組合鏈也可以被認(rèn)為是membersof這類(lèi)方法,。組合的總數(shù),大于500 000,計(jì)算方式如下:

三,、管理方法

本節(jié)涉及螺絲和平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的確定。因?yàn)榭紤]機(jī)器人有三個(gè)串行鏈,每個(gè)驅(qū)動(dòng)器螺絲的方向可以由其互惠到其他關(guān)節(jié)螺釘固定在鏈條,。被動(dòng)球形接頭在每個(gè)鏈部隊(duì)驅(qū)動(dòng)器螺絲為零距(行)并且通過(guò)它的中心,。因此,三個(gè)平面是創(chuàng)建中心位于自己的球形關(guān)節(jié)。

以下簡(jiǎn)要介紹了螺旋理論,廣泛的解決[7],[73],[75];我們解決在第二節(jié)中列出相互的所有關(guān)節(jié)螺釘系統(tǒng),。

上述類(lèi)的機(jī)器人的幾何結(jié)果奇點(diǎn)現(xiàn)在相比其他方法獲得的結(jié)果要準(zhǔn)確,。首先,我們比較奇異條件在上述3 gsp平臺(tái)與結(jié)果報(bào)告線幾何方法。

根據(jù)相對(duì)幾何條件的他行方法區(qū)分不同的幾種類(lèi)型沿著棱鏡致動(dòng)器[81]的奇異性,。我們表明,所有這些奇異點(diǎn)是特定情況下的條件通過(guò)(17 c)提供,這是有效的三條腿以及6:3 gsp平臺(tái)的機(jī)器人的考慮,。這種結(jié)構(gòu)的奇異的配置根據(jù)線幾何分析包括五種類(lèi)型:3 c、4 b,、4 d,5 a和5 b[17],[36],。

四、奇異性分析

本節(jié)確定奇異性條件定義在第二節(jié)的機(jī)器人,。第一部分包括尋找方向的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行動(dòng)路線,基于解釋第三節(jié)中介紹,。他行通過(guò)球形接頭中心,而他們的方向取決于關(guān)節(jié)的分布和位置。第二部分包括應(yīng)用程序的方法使用了grassmann-cayley代數(shù)在第四節(jié)定義奇點(diǎn),。因?yàn)槊繉?duì)線滿足在一個(gè)點(diǎn)(球形接頭),所有例子的解決方案是象征性地平等,無(wú)論點(diǎn)位置的腿或腿的對(duì)稱性,。我們從文獻(xiàn)中舉例說(shuō)明使用三個(gè)機(jī)器人的解決方案。

1.方向的致動(dòng)器螺絲

第一個(gè)例子是3-prps機(jī)器人提出behi[61][見(jiàn)圖3(a)],。對(duì)于每個(gè)腿驅(qū)動(dòng)螺絲躺在這家由球形接頭中心和轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)軸,。特別是,致動(dòng)器螺桿是垂直于軸的,和致動(dòng)器螺桿是垂直于軸的,這些方向被描繪在圖3(b)。第二個(gè)例子是the3-usr機(jī)器人提出simaan et al,。[66][見(jiàn)圖4(a)],。每條腿有驅(qū)動(dòng)器螺絲躺在通過(guò)球形接頭中心和包含轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)軸中。驅(qū)動(dòng)器螺絲穿過(guò)球形接頭中心并與轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)軸相連,。這些方向被描繪在圖4(b),。

第三個(gè)例子是3-ppsp byun建造的機(jī)器人和[65][見(jiàn)圖5(一個(gè))]。每條腿,驅(qū)動(dòng)螺絲躺在飛機(jī)通過(guò)球形接頭中心和正常的棱鏡接頭軸,。驅(qū)動(dòng)器螺絲垂直于軸的,和致動(dòng)器螺桿是垂直于軸的,這些方向被描繪在圖5(b),。

圖3(a)3-prps機(jī)器人提出behi[61]

(b)飛機(jī)和致動(dòng)器螺絲

圖4(a)3自由度機(jī)器人提出simaan和shoham[66]

(b)飛機(jī)和致動(dòng)器螺絲的3自由度機(jī)器人

圖5(a)3-ppsp機(jī)器人提出byun[65]

(b)飛機(jī)和致動(dòng)器螺絲

2、.奇異性條件

雅克(或superbracket)的機(jī)器人是分解成普通支架monomials使用麥克米蘭的分解,即(16),。解釋部分3—b機(jī)器人，本文認(rèn)為每個(gè)鏈有兩個(gè)零距驅(qū)動(dòng)器螺絲通過(guò)球形接頭。拓?fù)?這個(gè)描述等于行6:3 gsp(或在[53]),這三條線,每經(jīng)過(guò)一個(gè)雙球面上的接頭平臺(tái)(見(jiàn)圖6),。這意味著每對(duì)線共享一個(gè)公共點(diǎn)(這些點(diǎn)在圖6中),。因此類(lèi)的機(jī)器人被認(rèn)為是在本文中,我們可以使用相同的標(biāo)記點(diǎn)的至于6:3 gsp。六線與相關(guān)各機(jī)器人通過(guò)雙點(diǎn),并且,用同樣的方式在圖6,。

圖6 6-3 gsp

五,、結(jié)果

本文提出一個(gè)廣義奇異性分析并聯(lián)機(jī)器人組成元素。這些是有一個(gè)球形接頭在每個(gè)腿鏈的三條腿的6自由度機(jī)器人,。因?yàn)榍蛐侮P(guān)節(jié)需要驅(qū)動(dòng)器,，螺絲是純粹的力量作用于他們的中心,他們的位置沿鏈?zhǔn)遣恢匾摹＝M成元素包括144機(jī)制不同類(lèi)型的關(guān)節(jié),每個(gè)都有不同的聯(lián)合裝置沿鏈,。提出并建立描述幾個(gè)機(jī)器人出現(xiàn)在列表中,。大量的機(jī)器人相關(guān)的分析組合不同被認(rèn)為是。奇點(diǎn)的分析是由第一個(gè)找到的執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用互惠的螺絲,。然后,借助組合方法和grassmann-cayley方法,得到剛度矩陣行列式在一個(gè)可以操作的協(xié)調(diào)自由形式,可以翻譯成一個(gè)簡(jiǎn)單的幾何條件之后,。其定義是幾何條件由執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的線條和球形接頭,至少有一個(gè)相交點(diǎn)。這個(gè)有效的奇異點(diǎn)條件考慮所有組成元素中的機(jī)器人,。一個(gè)比較的結(jié)果與結(jié)果的奇點(diǎn)證明了其他技術(shù)所有先前描述奇異條件實(shí)際上是特殊情況下的幾何條件的四架飛機(jī)交叉在一個(gè)點(diǎn),一個(gè)條件獲取的方法直接在這里提出,。

singularity condition of six-degree-of-freedom three-legged parallel robots based on grassmann–cayley algebra patricia ben-horin and moshe shoham, associate member, ieee

abstract this paper addresses the singularity condition of a broad class of six-degree-of-freedom three-legged parallel robots that have one spherical joint somewhere along each , the actuator screws for each leg-chain are grassmann–cayley algebra and the associated superbracket decomposition are used to find the condition for which the jacobian(or rigidity matrix)containing these screws is tools are advantageous since they facilitate manipulation of coordinate-free expressions representing geometric entities, thus enabling the geometrical interpretation of the singularity condition to be obtained more these tools, the singularity condition of(at least)144 combinations of this class is delineated to be the intersection of four planes at one four planes are defined by the locations of the spherical joints and the directions of the zero-pitch terms—grassmann–cayley algebra, singularity, three-legged uction during the last two decades, many researchers have extensively investigated singularities of parallel serial robots that lose degrees of freedom(dofs)in singular configurations, parallel robots might also gain dofs even though their actuators are ore, thorough knowledge of these unstable poses is essential for improving robot design and determining robot path of the principal methods used for finding the singularities of parallel robots is based on calculation of the jacobian determinant in and angeles [1] classified the singularities of closed-loop mechanisms by considering two jacobians that define the relationship between input and output -onge and gosselin [2] reduced the arithmetical operations required to define the jacobian determinant for the gough–stewart platform(gsp), and thus enabled numerical calculation of the obtained polynomial in ov et al.[3]–[5] expanded the classification proposed by gosselin and angeles to define six types of singularity that are derived using equations containing not only the input and output velocities but also explicit passive joint r important tool that has served in the analysis of singularities is the screw theory, first expounded in ball’s 1900 treatise [6] and developed for robotic applications by hunt [7]–[9] and sugimoto et al.[10].several studies have applied this theory to find singularities of parallel robots, for example, [11]–[14].special attention was paid to cases in which the actuators are linear and the representing screws are these cases, the singular configurations were solved by using line geometry, looking for possible actuator-line dependencies [15]–[17].other approaches taken to classify singularities of closed-loop mechanisms can be found in [18]–[22].in this paper, we analyze the singularities of a broad class of three-legged robots, having a spherical joint at any point in each inspanidual focus only on forward kinematics , we find the screws associated with the actuators of each every chain contains a spherical joint, and since the actuator screws are reciprocal to the joint screws, they are zero-pitch screws passing through the spherical we use grassmann–cayley algebra and related developments to get an algebraic equation which originates from the rigidity matrix containing the governing lines of the direct and efficient retrieval of the geometric meaning of the singular configurations is one of the main advantages of the method presented the previous study [53] analyzed only seven architectures of gsp, each having at least three pairs of concurrent joints, this paper expands the singularity analysis to a considerably broader class of robots that have three legs with a spherical joints somewhere along the the reduced determinant and grassmann–cayley operators we obtain one single generic condition for which these robots are singular and provide in a simple manner the geometric meaning of this structure of this paper is as n ii describes in detail the kinematic architecture of the class of parallel robots under n iii contains a brief background on screws and outlines the nature of the actuator screws, which are zero-pitch screws acting on the centers of the spherical n iv contains an introduction to grassmann–cayley algebra which is the basic tool used for finding the singularity section also includes the rigidity matrix(or jacobian)decomposition into coordinate-free section v a general example of this approach is y, section vi compares the results obtained using the present method with results obtained by other tic architecture this paper deals with 6-dof parallel robots that have connectivity six between the base and the moving and roth [54] provided a survey of the possible structures that yield 6-dof based on the mobility formula of grübler and searched for all the possibilities that satisfy this formula with respect to the number of joints connected to any of the gsp and three-legged robots are a subset of the structures with 6-dof listed by shoham and roth.a similar enumeration was provided also by podhorodeski and pittens [55], who found a class of three-legged symmetric parallel robots that have spherical joints at the platform and revolute joints in each leg to be potentially advantageous over other discussed above, most of the reports in the literature limit their analysis to structures with spherical joints located on the moving platform and revolute or prismatic joints as actuated or passive additional ions are the family of 14 robots proposed by simaan and shoham [28] which contain spherical-revolute dyads connected to the platform, and some structures mentioned below which have revolute or prismatic joints on the this classification, we include five types of joints and more optional positions for the spherical deal with robots that have three chains connected to the moving platform, each actuated by two 1-dof joints or one 2-dof chains are not necessarily equal, but all have mobility and connectivity six between the base and the s the spherical joint(s), the joints taken into consideration are prismatic(p), revolute(r), helical(h), cylindrical(c), and universal(u), the first three being 1-dof joints and the last two being 2-dof the possibilities are shown in tables i and list contains only the robots that have equal chains, totaling 144 different structures, but robots with any possible combination of chains can also be considered as membersof this total number of combinations, , is larger than 500 000, calculated as follows:

ing lines this section deals with the screws that determine the platform the robots under consideration have three serial chains, the direction of each actuator screw can be determined by its reciprocity to the other joint screws in the passive spherical joint in each chain forces the actuator screws to have zero-pitch(lines)and to pass through its ore, three flat pencils are created having their centers located at the spherical ing a brief introduction to the screw theory that is extensively treated in [7], [73]–[75];we address the reciprocal screw systems of all the joints listed in section geometric result for the singularity of the aforementioned class of robots is now compared with the results obtained by other approaches in the , we compare the singularity condition described above for the 6-3 gsp platform with the results reported for the line geometry line geometry method distinguishes among several types of singularities, according to the relative geometric condition of he lines along the prismatic actuators [81].we show that all these singularities are particular cases of the condition provided by(17c), which is valid for the three-legged robots under consideration as well as for the 6-3 gsp singular configurations of this structure according to line geometry analysis include five types: 3c, 4b, 4d, 5a, and 5b [17], [36].arity analysis this section determines the singularity condition for the class of robots defined in section first part consists of finding the direction of the actuator lines of action, based on the explanation introduced in section lines pass through the spherical joint center while their directions depend on the distribution and position of the second part includes application of the approach using grassmann–cayley algebra presented in section iv for defining singularity when considering six lines attaching two every pair of lines meet at one point(the spherical joint), the solution for all the cases is symbolically equal, regardless of the points’ location in the leg or the symmetry of the exemplify the solution using three robots from the ion of the actuator screws the first example is the 3-prps robot as proposed by behi [61] [see fig.3(a)].for each leg the actuated screws lie on theplane defined by the spherical joint center and the revolute joint particular,the actuator screw is perpendicular to the axis of , and the actuator screw is perpendicular to the axis of , these directions being depicted in fig.3(b).the second example is the3-usr robot as proposed by simaan et al.[66][see fig.4(a)].every leg has the actuator screws lying on the plane passing through the spherical joint center and containing the revolute joint actuator screw passes through the spherical joint center and intersects the revolute joint axis rly, the actuator screw passes through the spherical joint center and intersects the revolute joint axis and , these directions being depicted in fig.4(b).the third example is the 3-ppsp robot built by byun and cho [65] [see fig.5(a)].for every leg the actuated screws lie on the plane passing through the spherical joint center and being normal to the prismatic joint actuator screw is perpendicular to the axis of , and the actuator screw is perpendicular to the axis of , these directions being depicted in fig.5(b).fig.3.(a)the 3-prps robot as proposed by behi [61].(b)planes and actuator .4.(a)the 3-usr robot as proposed by simaan and shoham [66].(b)planes and actuator

screws of the 3-usr .5.(a)3-ppsp robot as proposed by byun and cho [65].(b)planes and actuator arity condition

the jacobian(or superbracket)of a robot is decomposed into ordinary bracket monomials using mcmillan’s decomposition, namely(16).as explained in section iii-b, all the robots of the class considered in this paper have two zero-pitch actuator screws passing through the spherical joint of each gically, this description is equivalent to the lines of the 6-3 gsp(or in [53]), which has three pairs of lines, each passing through a double spherical joint on the platform(see fig.6).this means that each pair of lines share one common point(in fig.6 these points are , , and).therefore for the class of robots considered in this paper, we can use the same notation of points as for the 6-3 six lines associated with each robot pass through the pairs of points,and , in the same way as in to the common points of the pairs of lines ,and ,denoted , and respectively, many of the monomials of(16)vanish due to(4).fig.6.6-3 sion

this paper presents singularity analysis for a broad family of parallel are 6-dof three-legged robots which have one spherical joint in each the spherical joints entail the actuator screws to be pure forces acting on their centers, their location along the chain is not family includes 144 mechanisms incorporating spanerse types of joints that each has a different joint arrangement along the l proposed and built robots described in the literature appear in this list.a larger number of robots are relevant to this analysis if combinations of different legs are singularity analysis was performed by first finding the lines of action of the actuators using the reciprocity of , with the aid of combinatorial methods and grassmann–cayley operators, the rigidity matrix determinant was obtained in a manipulable coordinate-free form that could be translated later into a simple geometric geometric condition consists of four planes, defined by the actuator lines and the position of the spherical joints, which intersect at least one singularity condition is valid for all the robots in the family under consideration.a comparison of this singularity result with results obtained by other techniques demonstrated that all the previously described singularity conditions are actually special cases of the geometrical condition of four planes intersecting at a point, a condition that was obtained straightforwardly by the method suggested here

五自由度機(jī)器人手爪選擇篇四

五.智能機(jī)器人的主要類(lèi)型

引言：

機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)國(guó)家高科技水平和工業(yè)自動(dòng)化程度的重要標(biāo)志和體現(xiàn)。機(jī)器人在當(dāng)前生產(chǎn)生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,，正在替代人發(fā)揮著日益重要的作用,。隨著計(jì)算機(jī)、微電子,、信息技術(shù)的快速進(jìn)步,，機(jī)器人技術(shù)的開(kāi)發(fā)速度越來(lái)越快，智能度越來(lái)越高,，應(yīng)用范圍也得到了極大的擴(kuò)展,。在海洋開(kāi)發(fā)、宇宙探測(cè),、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn),、軍事、社會(huì)服務(wù),、娛樂(lè)等各個(gè)領(lǐng)域,，機(jī)器人都有著廣闊的發(fā)展空間與應(yīng)用前景。機(jī)器人正朝著智能化和多樣化等方向發(fā)展,。

一．智能機(jī)器人的定義

智能機(jī)器人之所以叫智能機(jī)器人,，這是因?yàn)樗邢喈?dāng)發(fā)達(dá)的“大腦”。在腦中起作用的是中央處理器,，這種計(jì)算機(jī)跟操作它的人有直接的聯(lián)系,。最主要的是,，這樣的計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行按目的安排的動(dòng)作。正因?yàn)檫@樣,，我們才說(shuō)這種機(jī)器人才是真正的機(jī)器人,，盡管它們的外表可能有所不同。

廣泛意義上理解所謂的智能機(jī)器人,，它給人的最深刻的印象是一個(gè)獨(dú)特的進(jìn)行自我控制的“活物”,。其實(shí)，這個(gè)自控“活物”的主要器官并沒(méi)有像真正的人那樣微妙而復(fù)雜,。

智能機(jī)器人具備形形色色的內(nèi)部信息傳感器和外部信息傳感器,，如視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué),、觸覺(jué),、嗅覺(jué)。除具有感受器外,，它還有效應(yīng)器,，作為作用于周?chē)h(huán)境的手段。這就是筋肉,，或稱自整步電動(dòng)機(jī),，它們使手、腳,、長(zhǎng)鼻子,、觸角等動(dòng)起來(lái)。

二． 智能機(jī)器人要具備的主要要素

（一）是感覺(jué)要素,，用來(lái)認(rèn)識(shí)周?chē)h(huán)境狀態(tài),；感覺(jué)要素包括能感知視覺(jué)、接近,、距離等的非接觸型傳感器和能感知力,、壓覺(jué)、觸覺(jué)等的接觸型傳感器,。這些要素實(shí)質(zhì)上就是相當(dāng)于人的眼,、鼻、耳等五官,，它們的功能可以利用諸如攝像機(jī),、圖像傳感器、超聲波傳成器,、激光器,、導(dǎo)電橡膠、壓電元件,、氣動(dòng)元件,、行程開(kāi)關(guān)等機(jī)電元器件來(lái)實(shí)現(xiàn),。

（二）是運(yùn)動(dòng)要素，對(duì)外界做出反應(yīng)性動(dòng)作,；對(duì)運(yùn)動(dòng)要素來(lái)說(shuō),，智能機(jī)器人需要有一個(gè)無(wú)軌道型的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)諸如平地,、臺(tái)階、墻壁,、樓梯,、坡道等不同的地理環(huán)境。它們的功能可以借助輪子,、履帶,、支腳、吸盤(pán),、氣墊等移動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)完成,。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中要對(duì)移動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，這種控制不僅要包括有位置控制,，而且還要有力度控制,、位置與力度混合控制、伸縮率控制等

（三）是思考要素,，根據(jù)感覺(jué)要素所得到的信息,，思考出采用什么樣的動(dòng)作。智能機(jī)器人的思考要素是三個(gè)要素中的關(guān)鍵,，也是人們要賦予機(jī)器人必備的要素,。思考要素包括有判斷、邏輯分析,、理解等方面的智力活動(dòng),。這些智力活動(dòng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)信息處理過(guò)程，而計(jì)算機(jī)則是完成這個(gè)處理過(guò)程的主要手段,。

三．智能機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù) 1.多傳感器信息融合

多傳感器信息融合技術(shù)是近年來(lái)十分熱門(mén)的研究課題,，它與控制理論、信號(hào)處理,、人工智能,、概率和統(tǒng)計(jì)相結(jié)合，為機(jī)器人在各種復(fù)雜,、動(dòng)態(tài),、不確定和未知的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)提供了一種技術(shù)解決途徑。

2.導(dǎo)航與定位

在機(jī)器人系統(tǒng)中,，自主導(dǎo)航是一項(xiàng)核心技術(shù),，是機(jī)器人研究領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題,。.路徑規(guī)劃

路徑規(guī)劃技術(shù)是機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。最優(yōu)路徑規(guī)劃就是依據(jù)某個(gè)或某些優(yōu)化準(zhǔn)則（如工作代價(jià)最小,、行走路線最短,、行走時(shí)間最短等），在機(jī)器人工作空間中找到一條從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài),、可以避開(kāi)障礙物的最優(yōu)路徑,。.機(jī)器人視覺(jué)

視覺(jué)系統(tǒng)是自主機(jī)器人的重要組成部分，一般由攝像機(jī),、圖像采集卡和計(jì)算機(jī)組成,。機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的工作包括圖像的獲取、圖像的處理和分析,、輸出和顯示,，核心任務(wù)是特征提取、圖像分割和圖像辨識(shí),。智能控制

隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展,，對(duì)于無(wú)法精確解析建模的物理對(duì)象以及信息不足的病態(tài)過(guò)程，傳統(tǒng)控制理論暴露出缺點(diǎn),，近年來(lái)許多學(xué)者提出了各種不同的機(jī)器人智能控制系統(tǒng),。人機(jī)接口技術(shù)

智能機(jī)器人的研究目標(biāo)并不是完全取代人，復(fù)雜的智能機(jī)器人系統(tǒng)僅僅依靠計(jì)算機(jī)來(lái)控制目前是有一定困難的,，即使可以做到,，也由于缺乏對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力而并不實(shí)用。智能機(jī)器人系統(tǒng)還不能完全排斥人的作用,，而是需要借助人機(jī)協(xié)調(diào)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制,。因此，設(shè)計(jì)良好的人機(jī)接口就成為智能機(jī)器人研究的重點(diǎn)問(wèn)題之一,。四.智能機(jī)器人的主要分類(lèi)

（一）.按功能分類(lèi) 1.傳感型機(jī)器人

也外部受控機(jī)器人,。機(jī)器人的本體上沒(méi)有智能單元只有執(zhí)行機(jī)構(gòu)和感應(yīng)機(jī)構(gòu)，它具有利用傳感信息（包括視覺(jué),、聽(tīng)覺(jué),、觸覺(jué)、接近覺(jué),、力覺(jué)和紅外,、超聲及激光等）進(jìn)行傳感信息處理、實(shí)現(xiàn)控制與操作的能力,。受控于外部計(jì)算機(jī),，目前機(jī)器人世界杯的小型組比賽使用的機(jī)器人就屬于這樣的類(lèi)型。

2.自主型機(jī)器人

在設(shè)計(jì)制作之后，機(jī)器人無(wú)需人的干預(yù),，能夠在各種環(huán)境下自動(dòng)完成各項(xiàng)擬人任務(wù),。自主型機(jī)器人的本體上具有感知、處理,、決策,、執(zhí)行等模塊，可以就像一個(gè)自主的人一樣獨(dú)立地活動(dòng)和處理問(wèn)題,。許多國(guó)家都非常重視全自主移動(dòng)機(jī)器人的研究,。智能機(jī)器人的研究從60年代初開(kāi)始，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,，目前,，基于感覺(jué)控制的智能機(jī)器人(又稱第二代機(jī)器人)已達(dá)到實(shí)際應(yīng)用階段，基于知識(shí)控制的智能機(jī)器人(又稱自主機(jī)器人或下一代機(jī)器人)也取得較大進(jìn)展,，已研制出多種樣機(jī)。

3.交互型機(jī)器人

機(jī)器人通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與操作員或程序員進(jìn)行人－機(jī)對(duì)話,，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制與操作,。雖然具有了部分處理和決策功能，能夠獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)一些諸如軌跡規(guī)劃,、簡(jiǎn)單的避障等功能,，但是還要受到外部的控制。

（二）.按智能程度分類(lèi)

1.工業(yè)機(jī)器人

只能死板地按照人給它規(guī)定的程序工作,，不管外界條件有何變化,，自己都不能對(duì)程序也就是對(duì)所做的工作作相應(yīng)的調(diào)整。如果要改變機(jī)器人所做的工作,，必須由人對(duì)程序作相應(yīng)的改變,，因此它是毫無(wú)智能的。2.初級(jí)智能機(jī)器人 具有象人那樣的感受,，識(shí)別,，推理和判斷能力?？梢愿鶕?jù)外界條件的變化,，在一定范圍內(nèi)自行修改程序，也就是它能適應(yīng)外界條件變化對(duì)自己怎樣作相應(yīng)調(diào)整,。不過(guò),，修改程序的原則由人預(yù)先給以規(guī)定，這種初級(jí)智能機(jī)器人已擁有一定的智能,。3.高級(jí)智能機(jī)器人

具有感覺(jué),，識(shí)別，推理和判斷能力,，同樣可以根據(jù)外界條件的變化,，在一定范圍內(nèi)自行修改程序,。所不同的是，修改程序的原則不是由人規(guī)定的,，而是機(jī)器人自己通過(guò)學(xué)習(xí),，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)來(lái)獲得修改程序的原則。所以它的智能高出初能智能機(jī)器人,。這種機(jī)器人已擁有一定的自動(dòng)規(guī)劃能力,，能夠自己安排自己的工作。這種機(jī)器人可以不要人的照料,，完全獨(dú)立的工作,，故稱為高級(jí)自律機(jī)器人。這種機(jī)器人也開(kāi)始走向?qū)嵱?。五．?dāng)今智能機(jī)器人的主要類(lèi)型

1,、工業(yè)生產(chǎn)型機(jī)器人

現(xiàn)階段，“機(jī)器換人”觀念已經(jīng)越來(lái)越多的獲得生產(chǎn),、加工型企業(yè)的青睞,，工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)（機(jī)械本體）、控制器,、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)工成,，是一種仿人操作、自動(dòng)控制,、可重復(fù)編程,、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種,、變批量的柔性生產(chǎn),。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量,，提高生產(chǎn)效率,，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng),，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置,，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作,、精確度高,、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物,，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備,，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。

2、日本擬在特殊災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)使用機(jī)器人

該技術(shù)主要針對(duì)核電站事故,、nbc（核,、生物、化學(xué)）恐怖襲擊等情況,。遠(yuǎn)程操控機(jī)器人裝有輪帶,，可以跨過(guò)瓦礫測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)周?chē)妮椛淞俊⒓?xì)菌,、化學(xué)物質(zhì),、有毒氣體等狀況并將數(shù)據(jù)傳給指揮中心。指揮者可以根據(jù)數(shù)據(jù)選擇污染較少的進(jìn)入路線?，F(xiàn)場(chǎng)人員將攜帶測(cè)定輻射量,、呼吸、心跳,、體溫等數(shù)據(jù)的機(jī)器開(kāi)展活動(dòng),。這些數(shù)據(jù)將即時(shí)傳到指揮中心，一旦發(fā)現(xiàn)有中暑危險(xiǎn)或測(cè)定精神壓力,、發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)性較高時(shí)可立刻指揮撤退,。

3、醫(yī)用膠囊內(nèi)鏡機(jī)器人

外形與普通膠囊無(wú)異的“膠囊內(nèi)鏡機(jī)器人”,，由上海安翰醫(yī)療技術(shù)有限公司和安翰光電技術(shù)（武漢）有限公司研發(fā)，采用了國(guó)際首創(chuàng)的遙控膠囊內(nèi)窺鏡控制系統(tǒng),。通過(guò)這個(gè)系統(tǒng),，醫(yī)生可以通過(guò)軟件來(lái)控制膠囊機(jī)器人在胃內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，改變膠囊姿態(tài),，按照需要的角度對(duì)病灶重點(diǎn)拍攝照片,，從而達(dá)到全面觀察胃黏膜并做出診斷的目的。在這個(gè)過(guò)程中,，圖像被無(wú)線傳輸至便攜記錄器,，數(shù)據(jù)導(dǎo)出后，還可繼續(xù)回放以提高診斷的準(zhǔn)確率,。這與傳統(tǒng)胃鏡相比,，具有數(shù)據(jù)采集更加精確、完全無(wú)痛苦,、一次性使用無(wú)交叉感染等優(yōu)勢(shì),。截至目前，共有321位患者志愿同意并參與磁控膠囊內(nèi)鏡臨床研究,。通過(guò)對(duì)研究結(jié)果的初步分析,，證明了遙控膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)使用安全，診斷準(zhǔn)確率達(dá)到92.8%，這對(duì)提高百姓消化道健康檢查和消化道早期疾病發(fā)現(xiàn)比例,，降低惡性消化道疾病的晚期發(fā)病率具有重要意義,。

4、達(dá)芬奇高清晰三維成像機(jī)器人

“達(dá)芬奇”機(jī)器人全稱為達(dá)芬奇高清晰三維成像機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng),。達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人是目前世界范圍應(yīng)用廣泛的最先進(jìn)的微創(chuàng)外科手術(shù)系統(tǒng),，適合普外科、泌尿外科,、心血管外科,、胸外科、婦科,、五官科,、小兒外科等進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)。這是當(dāng)今全球唯一獲得fda批準(zhǔn)應(yīng)用于外科臨床治療的智能內(nèi)窺鏡微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng),。自2000年開(kāi)始投入臨床應(yīng)用,，我國(guó)于2006年由北京解放軍總醫(yī)院率先引入。500多年前,，達(dá)芬奇就設(shè)計(jì)了機(jī)器人的雛形,。共有三大組成部分，1.按人體工程學(xué)設(shè)計(jì)的醫(yī)生操作系統(tǒng),；2.擁有3個(gè)器械臂和1個(gè)鏡頭臂組成的4臂床旁機(jī)械臂系統(tǒng),；3.高清晰三維視頻成像系統(tǒng)。

5,、“阿爾法”智能人形機(jī)器人

2014年9月下旬,，一場(chǎng)在北京工人體育館進(jìn)行的足球比賽，讓一對(duì)機(jī)器人球迷借此走紅,，而它們也擁有一個(gè)別具深意的名字,，即“阿爾法”。其為深圳優(yōu)必選科技有限公司研發(fā)的機(jī)器人產(chǎn)品之一,，公司內(nèi)部稱其為“阿爾法”,，而這款機(jī)器人具有編輯動(dòng)作等智能化的擴(kuò)展學(xué)習(xí)能力，是一款不折不扣的智能型機(jī)器人,?？偨Y(jié)： 機(jī)器人是多學(xué)科交叉的產(chǎn)物，集成了運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué),、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,、計(jì)算機(jī)硬件與軟件、控制與傳感器,、模式識(shí)別與人工智能等學(xué)科領(lǐng)域的先進(jìn)理論與技術(shù),。同時(shí),，它又是又是一類(lèi)典型的自動(dòng)化機(jī)器，是專(zhuān)用自動(dòng)機(jī)器,、數(shù)控機(jī)器的延伸與發(fā)展,。當(dāng)前，社會(huì)需求和技術(shù)進(jìn)步都對(duì)機(jī)器人向智能化發(fā)展不斷提出了新的要求,。

五自由度機(jī)器人手爪選擇篇五

行事自由度具體事例

（英語(yǔ)課代表jack與英語(yǔ)老師）

1,、坐以待斃：

開(kāi)學(xué)第一天英語(yǔ)課代表jack聽(tīng)從英語(yǔ)老師吩咐，布置作業(yè)：課課練第一課時(shí),，背今天所學(xué)單詞,。

2、詢問(wèn)做什么：

開(kāi)學(xué)第二天jack問(wèn)：今天是做課課練第二課時(shí)和繼續(xù)背單詞嗎,？英語(yǔ)老師說(shuō)是的,。

3、提出建議,，然后執(zhí)行經(jīng)過(guò)討論的行動(dòng)計(jì)劃：

jack建議英語(yǔ)老師不如第二天抽學(xué)生背單詞,，這樣可以提高效率，英語(yǔ)老師同意了,。以后jack每次布置作業(yè)時(shí)會(huì)提醒大家抓緊時(shí)間背單詞,。

4、采取行動(dòng),，但同時(shí)立即告知：

jack以后每次布置作業(yè)的時(shí)候,，主要以課課練和背書(shū)為主，并立即去辦公室告訴老師今天布置了什么作業(yè),。

5,、獨(dú)立行動(dòng)，做例行匯報(bào)：

英語(yǔ)老師對(duì)jack說(shuō)以后作業(yè)你根據(jù)同學(xué)的情況酌情布置,，但每天課課練必須做，單次必須背,，等課課練寫(xiě)完了你再跟我說(shuō),。

2個(gè)月后，課課練寫(xiě)完了,，jack向英語(yǔ)老師匯報(bào),，英語(yǔ)老師分配新的作業(yè)任務(wù)。