第一篇：四足步行機器人外文翻譯1

新興的運動模式四足機器人氣動肌肉用的模型

保德山田，聰西川，伊士達和康夫國芳 研究生信息科學與技術學院，東京大學

大學院情報研究，東京大學

1、動機，問題的陳述，相關工作

動物的進化過程形成了形態和神經系統從彼此相互適應而達到一個在環境中有效的感覺整合。作為一個結果，各種復雜行為的標志，通過能耗效率以及從動態自組織產生互動的身體、神經系統和環境。這些技能是可能的，一方面，因為神經系統利用身體的物理屬性，而另一方面通過感官刺激形成體動力學神經力學結構。這構成了一個體現智能[1] [2] [3]的基本屬性。

近年來,許多研究已經發展到更好地了解潛在的機制動物的運動技能和如何將它們應用在機器人[4][5]。此外，特定的注意力被集中在中央的模式發生器在仿生機器人[6]中來復制動物運動。舉例來說，像狗一樣的鐵拳系列[7]可以使用感官反饋實現穩定的運動，而類似昆蟲的AMOS-WD06[8]可通過利用中央政府模型的混沌特性產生各種復雜的行為。然而，這些機器人不用容易開發的物理身體就能實現運動，是因為身體過于僵化或受線性電磁馬達控制。相反，動物的骨骼肌肉系統是一個復雜和冗余的非線性結構形態構成粘彈性肌腱組織材料[9]的肌肉。一些研究都集中在中樞神經系統和他們的身體的研究[10][11] [12]。出于這個原因，我們建議在四足機器人中調查這個問題，以及神經系統隨著體動力學系統如何互相感應，以產生各種適應性行為的議案。

2、技術方法

我們設計了一個簡單的十分真實的四足機器人去捕捉動物骨骼系統的重要特征，以實現對神經系統的體現。古典驅動器已被麥吉類型氣動人工肌肉替換，根據阻尼和彈性，重現一些生物肌肉的非線性特性 [12] [13] [14]（圖1）。在真正的肌肉中，傳感反饋是通過感覺到的肌肉長度的肌梭和感知肌張力的高爾基腱器官完成的。我們通過使用壓力傳感器和電位器計算長度和人工肌肉的張力來復制此功能的。

基于生物學的考慮，我們用小原國芳與他的同事們開發的脊髓延髓的系統模型設計了神經系統[15] [16]（圖2）。一個的脊髓延髓模式的單一元素組成肌肉、一個α和γ運動神經元、傳入感覺中間神經元和神經的振蕩器模型。雖然每個元素不直接連接到總體，我們預計機器人的振蕩器的非線性光學性質將建立彌散的互感器和動力連接器條件從而產生全身的不同運動（圖3）。

圖1.麥吉氣動人造肌肉的類型。

圖2.脊髓延髓模型。箭頭和填充圈分別代表興奮和抑制的連接。

圖3.脊髓延髓中體現的模型。

3、結果

在我們的實驗中，感覺身體之間的動力學與在同樣的一個實驗中用自我組織的各種行為模式時尚的脊髓延髓系統修改動態的腿配位順序之間的相互作用。

例如，機器人需要幾個步驟產生動態向前運動（圖4左）。然后，通過執行向后運動的幾個步驟（圖4中），機器人切換到另一個模式。一段時間后，返回到其先前的運動狀態和重新生成向前運動（圖4右）。在實驗中每個關節的角度來看，我們觀察到一些相同步和相交錯模式（圖5）。

我們注意到，這種類型的運動在整個實驗中并不經常發生，這表明了系統的動力學性質。例如，在一個實驗中，我們觀察到的運動僅僅只是向后的。然而，這種行為運動顯示了各種模型例如左腿和右腿之間或者兩腿交錯間的自動相位同步模型。

圖4.運動行為的快照

圖5.時間序列的關節角度.4、實驗

我們進行了一些實驗來生成四足動物骨骼機器人的模型（圖6和圖7）的運動行為。在脊髓延髓的模型中，每個機器人的腿部肌肉是相互隔離的，并且沒有直接聯系。然而，我們預測，化身將在與環境的相互作用中為彌散互感器創造條件，目的是產生各種自適應行為模式。

人工肌肉從外部壓縮機提供空氣，我們使用比例壓力控制閥控制肌肉內部的壓力。機器人安裝有中央處理器板運行實時操作系統向壓力閥發送的命令和從壓力傳感器、電位器接收傳感器值。一個CPU板和計算神經動力學與外部PC機進行通信。

圖6.四足氣動肌肉機器人

圖7.肌肉的布局。紅色部分代表氣動人工肌肉，藍色部分代表的是被動肌肉構

成彈簧。

5、實驗的主要見解

在實驗中，雖然我們對神經系統的模型使用相同的參數，但是我們還是觀察到各種復雜的運動模式。這些運動模式是個別肌肉的動態連接器的結果–即，它們之間并沒有直接的連接：通過物理身體和神經系統與環境的動力相互作用。這一動態同步的機制是復雜和與環境相適應的，它探討了身體的自然運動模式。

在今后的實驗中，我們將進一步研究行為的自我組織模式機制所需的身體的性能和有利于構成這一組織模式機制的神經系統。

參考文獻

[ 1]R.A.布魯克斯.“無表征智能，人工智能”.1991,d第3期，卷47，第139–159.[ 2]R.普法倚費爾,C.西契爾.了解情報.麻省理工學院出版社，1999.[ 3]R.普法倚費爾,J.C 本哥德.我們認為身體是如何形成的：一種新的智力觀.麻省理工學院出版社，2006年.[ 4]H.木村，K.土屋，A.石黑，H.維特.動物和機器的自相適應運動.高等教育出版社，2005年.[ 5]J.埃爾斯，J.L.戴維斯，A.魯道.仿生機器人的神經技術.麻省理工學院出版社，2002年.[ 6]A.J.依思皮特，動物和機器人的中樞模式發生器運動控制：審查，神經網絡，2008，第4期，21卷，642頁–653頁.[ 7]H.木村，Y.福岡，A.H.科恩.“適應在地面上動態行走的四足機器人的生物學概念”.國際機器人研究學報，2007, 第5期，26卷，475頁–490頁.[ 8]S.斯特恩哥如布，M.泰姆，F.沃爾戈特，P.Manoonpong，“自組織適應一個簡單的神經電路，使復雜的機器人的行為成為可能”.自然物理學,2009,卷6，頁224 –230.[ 9]R.M.亞力山大,H.班納特-克拉克.“肌肉和其它組織存儲的彈性應變能”.自然科學，1977，第5590期，265卷，114頁–117.[ 10]R.普法倚費爾，M.倫加雷拉，Y.小原國芳.自組織生物啟發的機器人的化身 ”.科學，2007年11月,卷318，頁1088-–1093.[ 11 ]A.彼蒂，Y.小原國芳.產生時空動態分布聯合轉矩模式同步模式發電機，前沿神經機器人，2009，3卷，2號，1頁–14.[ 12 ]AR皮蒂，是有關新山志保，與國芳，“創造和調節節奏的控制身體的物理，“自主機器人，28卷，3號，317頁–329，2010.[ 13]G柳巷芳草，J.czerniecki，和B納福，“麥吉人工肌肉：氣動執行器與生物力學的情報，在先進的智能機電一體化，1999.訴訟.1999屆國際會議預報，1999，頁221 –226.[ 14]R.A是有關新山志保，nagakubo，與國芳，“無忌：一個雙足跳躍和著陸機器人與人工肌肉骨骼系統的過程中，“參考國際機器人與自動化（互聯網內容分級協會2007），羅馬，意大利，四月，2007，頁2546-2551（–thc5.2）.[ 15]Y國芳和鈴木，“動態的出現和適應行為體現為通過耦合混沌領域，“程序.國際參考智能機器人與系統，2004，頁2042 –2049.[ 16]Y國芳和美國sangawa，“早期運動的發展從偏序神經體動力學：實驗與cortico-spinal-musculosleletal模型，“生物控制論，卷95，頁589-–605，2006.

第二篇：雙足步行機器人相關翻譯

本科畢業論文

外文文獻及譯文

文獻、資料題目：Walking Control algorithm of

Biped Humanoid Robot

文獻、資料來源：期刊

文獻、資料發表（出版）日期：1999.6.3 院（部）： 理學院

專

業： 光信息科學與技術 班

級： 光信112 姓

名： 王若宇 學

號： 2011121135 指導教師： 趙俊卿 翻譯日期： 2015.5.14

山東建筑大學畢業論文外文文獻及翻譯

外文文獻：

Walking Control algorithm of Biped Humanoid Robot

Many studies on biped walking robots have been performed since 1970 [1-4].During that period, biped walking robots have transformed into biped humanoid robots through the technological development.Furthermore, the biped humanoid robot has become a one of representative research topics in the intelligent robot research society.Many researchers anticipate that the humanoid robot industry will be the industry leader of the 21st century and we eventually enter an era of one robot in every home.The strong focus on biped humanoid robots stems from a long-standing desire for human-like robots.Furthermore, a human-like appearance is desirable for coexistence in a human-robot society.However, while it is not hard to develop a human-like biped robot platform, the realization of stable biped robot walking poses a considerable challenge.This is because of a lack of understanding on how humans walk stably.Furthermore, biped walking is an unstable successive motion of a single support phase.Early biped walking of robots involved static walking with a very low walking speed [5,6].The step time was over 10 seconds per step and the balance control strategy was performed through the use of COG(Center Of Gravity).Hereby the projected point of COG onto the ground always falls within the supporting polygon that is made by two feet.During the static walking, the robot can stop the walking motion any time without falling down.The disadvantage of static walking is that the motion is too slow and wide for shifting the COG.Researchers thus began to focus on dynamic walking of biped robots [7-9].It is fast walking with a speed of less than 1 second per step.If the dynamic balance can be maintained, dynamic walking is smoother and more active even when using small body motions.However, if the inertial forces generated from the acceleration of the robot body are not suitably controlled, a biped robot easily falls down.In addition, during dynamic walking, a biped robot may falls down from disturbances and cannot stop the walking motion suddenly.Hence, the notion of ZMP(Zero Moment Point)

第三篇：四足步行機器人結構設計文獻綜述_-_副本

四足步行機器人結構設計文獻綜述

四足步行機器人結構設計文獻綜述

（）

摘要：對國內、外四足步行機器人的研究發展現狀進行了綜述，對四足步行機器人亟需解決的問題進行了論述，并對未來可能的研究發展方向進行了展望。關鍵字：四足步行機器人；研究現狀；展望

1、引言

四足步行機器人是機器人家族的一個重要分支，其不僅承載能力強，而且容易適應不平的地形。它既能使用靜態穩定的步態緩慢平滑地行走，又能以動態穩定的步態跑動。與輪式、履帶式移動機器人相比，在崎嶇不平的路面，步行機器人具有獨特優越性能，在這種背景下，步行機器人的研究蓬勃發展起來。而仿生四足步行機器人的出現更加顯示出步行機器人的優勢：

（1）四足步行機器人的運動軌跡是一系列離散的足印，運動時只需要離散的點接觸地面，對環境的破環程度也較小，可以在可能到達的地面上選擇最優的支撐點，對崎嶇的地形的適應性強。

（2）四足步行機器人的腿部具有多個自由度，使運動的靈活性大大增強。它可以通過調節腿的長度保持身體水平，也可以通過調節腿的伸展程度調整重心位置，因此不易翻到，穩定性更高。

（3）四足步行機器人身體與地面是分離的，這種機械結構的優點在于：運動系統還具有主動隔振能力即允許機身運動軌跡和足運動軌跡解耦，機器人的身體可以平穩的運動而不必考慮地面的粗糙度和腿的放置位置。

（4）機器人在不平地面和松軟路面上的運動速度較快，能耗較低。

2、國內外的發展現狀

20世紀60年代，四足步行機器人的研究工作開始起步。隨著計算機技術和機器人控制技術的研究和應用，到了20世紀80年代，現代四足步行機器人的研制工作進入了廣泛開展的階段。

世界上第一臺真正意義的四足步行機器人是有Frank和McGhee于1977年制作的。該機器具有良好的步態運動穩定性，但缺點是，該機器人的關節是由

四足步行機器人結構設計文獻綜述

邏輯電路組成的狀態機控制的，因此機器人的行為受到限制，只能呈現固定運動形式。

20世紀80，90年代最具代表性的四足步行機器人是日本Shigeo Hirose實驗室研制的TITAN系列。1981~1984年Hirose教授研制成功腳步裝有傳感和信號處理系統的TITAN-III。它的腳底步由形狀記憶合金組成，可自動檢測與地面接觸的狀態。姿態傳感器和姿態控制系統根據傳感信息做出的控制決策，實現在不平整地面的自適應步行。TITAN-VI機器人采用新型的直動性腿機構，避免了上樓梯過程中兩腿的干涉，并采用兩級變速驅動機構，對腿的支撐相和擺動相分別進行驅動。

2000-2003年，日本電氣通信大學的木村浩等人研制成功了具有寵物狗外形的機器人Tekken-IV，如圖1所示。它的每個關節安裝了一個光電碼盤，陀螺儀，傾角計和觸覺傳感器。系統控制是由基于CPG的控制器通過反射機制來完成的。Tekken-IV能夠實線不規則地面的自適應動態步行，顯示了生物激勵控制對未知的不規則地面有自適應能力的優點。它的另一特點是利用了激光和CCD攝像機導航，可以辨別和避讓前方存在的障礙，能夠在封閉回廊中實現無碰撞快速行走。

目前最具代表性的四組步行機器人是美國Boston dynamics實驗室研制的BigDog，如圖2所示。它能以不同的步態在惡劣的地形上攀爬，可以負載高達52KG的重量，爬升可達35°的斜坡。其腿關節類似動物腿關節，安裝有吸收震動部件和能量循環部件。同時，腿部連有很多傳感器，其運動通過伺服電機控制。該機器人機動性和反應能力都很強，平衡能力極佳。但由于汽油發電機

四足步行機器人結構設計文獻綜述

需攜帶油箱，故工作時受環境影響大，可靠性差。另外，當機器人行走時引擎會發出怪異的噪音。

國內四足機器人研制工作從20世紀80年代起步，取得一定成果的有上海交通大學、清華大學、哈爾濱工業大學等。

上海交通大學機器人研究所于1991年開展了JTUWM系列四足步行機器人的研究。1996年該研究所研制成功了JTUWM-III，如圖3所示。該機器人采用開式鏈腿機構，每個腿有3個自由度，具有結構簡單，外形輕巧，體積小，質量輕等特點。它采用力和位置混合控制，腳底裝有PVDF測力傳感器，利用人工神經網絡和模糊算法相結合，實線了對角動態行走。但行走速度極慢，極限步速僅為1.7KM/h,另外其負重能力有限，故在實際作業時實用性較差。

清華大學所研制的一款四足步行機器人，它采用開環關節連桿機構作為步進機構，通過模擬動物的運動機理，實現比較穩定的節律運動，可以自主應付復雜的地形條件，完成上下坡行走，越障等功能。不足之處是腿運動時的協調控制比較復雜，而且承載能力較小。

四足步行機器人結構設計文獻綜述

3、國內外的關鍵技術分析

（1）機械本體研究

四足步行機器人是機電一體化系統，涉及到機構、步態、控制等，而機械機構是整個系統的基礎。在機械本體的設計中腿部機構設計是關鍵。目前，研制的四足步行機器人的腿部機構形式主要有縮放型機構、四連桿機構、并聯機構、平行桿機構、多關節串聯機構和緩沖型虛擬彈簧腿機構。其中，并聯機構可以實現多方位運動，且負載能力強，所以具有較好的應用前景，但控制系統較為復雜。另外，含有彈性元件的緩沖型虛擬彈簧腿機構，利用彈性元件把剛性連接變為柔性連接，減緩機器人在動態行走時的沖擊以及由此產生的振動，因此該機構應用越來越廣泛。

（2）步態研究

步行機器人幾種典型步態有：爬行、對角小跑、溜蹄、跳躍、定點旋轉、轉向等。在文獻[7]中，提出了爬步態的理論，并證明了該步態具有最大的靜穩定性。對角小跑步態屬于動態穩定步態，能夠提高運動速度。跳躍式步態較其它步態在前進的效率上具有明顯的優勢，但是由于受到腿機構的擺動慣性力和關節處大沖擊力的影響，因此需要較大的瞬時驅動力。另外，跳躍持續的時間是短暫的，為了保證機器人實時可控，必然需要在極短的時間內采集多種信號，這對目前的驅動元件和傳感器都提出了極高的要求。目前所研究的各種步態中，跳躍步態的研究是最具挑戰性的難點問題。

（3）控制技術研究

復雜四足步行機器人的控制系統是非線性的多輸入和多輸出不穩定系統，四足步行機器人結構設計文獻綜述

具有時變性和間歇動態性。目前四足機器人的步行運動大多數是基于步態的幾何位置軌跡規劃、關節位置控制的規劃和控制策略。而對機器人進行單純的幾何位置規劃與控制，則會由于慣性、腳力失衡等因素而導致機器人失穩。解決這個問題的關鍵就是突破單一的位置規劃與控制策略，實施機器人力、位置混合控制。在步態生成和控制方面，有理論突破意義的是基于生物中樞模式發生器(CPG)原理的運動控制方法。

（4）驅動能源研究

在線提供能源受到空間的限制，而蓄電池組受體積和重量的限制，因此尋求提供持續可靠的離線自帶電源就成了必須。隨著新型電池的研發，新型太陽能電池、燃料電池、鋰電池等成為較為理想的能量供給來源。另外，通過微波對微型機器人提供能量和控制信號也是一種較為可觀的方法。

4、存在的問題

從20世紀60年代至今研究者們對四足步行機器人關鍵技術的分析做了大量的工作，在一些基礎理論問題上取得了一定的突破，使四足步行機器人的技術水平不斷得到提高。但在四足步行機器人發展過程中仍有一些亟需解決的問題：

（1）步行機器人的結構仿生設計問題；（2）在不平地面移動的速度、穩定性問題；（3）四足步行機器人的步態規劃問題；（4）步行機器人仿生控制方面的問題；

（5）有些步行機器人的體積和質量都很大問題；（6）多數步行機器人研究平臺的承載力不強問題；

5、展望

隨著對四足步行機器人的研究的日益深入和發展，四足步行機器人在速度、穩定性、機動性和對地面的適應能力等方面的性能都將不斷提高，自主化和智能化也將逐步的實現，從而使其能夠在更多特殊環境和場合中使用，因此具有廣闊的應用前景。

縱覽當前四足機器人的發展，四足步行機器人有以下幾個值得關注的趨勢：

四足步行機器人結構設計文獻綜述

（1）實現腿機構的高能，高效性；（2）輪，足運動相結合；（3）步行機器人微型化；

（4）增強四足步行機器人的負載能力；（5）機器人仿生的進一步深化；

6、總結

盡管四足步行機器人技術有了很大的發展，足式機器人的研究平臺有很多，但制約四足機器人技術進一步發展的基礎理論問題并沒有得到根本的解決，其中，許多樣機還達不到生物簡單運動的速度和穩定性。正如著名機器人學家Geles教授所言：“步行機器人的理論研究步伐要遠遠落后于其技術開發的步伐”。現有的四足機器人的基礎技術研究尚不夠成熟和完善，足式機器人的關鍵技術還有待于進一步大力開發。

7、參考文獻

[1] McGhee.R.B.Robot locomotion[A].In R.Herman, S.Grillner,P.Stein,and

D.Stuart, editors, al control of lNeurocomotion[C].Plenum Press.1976:237-264.[2] Shigeo.Hirose, Tomoyuki.Masui, Hidekazu.Kikuchi.TITAN-III: A Quadruped

Walking Vehicle-Its Structure and Basic Characteristics.Robotic

Research(2nd Int.Symp.).The MIT Press, 1985：325-331.[3] 王洪波，徐桂玲，胡星，張典范，張雄.四足并聯腿步行機器人動力學[J].燕山大學河北省并聯機器人與機電系統實驗室.秦皇島.066004.[4] 雷靜桃，高峰，崔瑩.多足步行機器人的研究現狀及展望 [M ].北京航空航天大學 汽車工程系.北京.100083.[5] 查選芳，張融甫.多足步行機器人腿機構的運動學研究[J].東南大學學報.1995.25(2).[6] 郭成，談士力，翁盛隆.微型爬壁機器人研究的關鍵技術[J].制造業自動化.2004.26(7).[7] 王吉岱，盧坤媛，徐淑芬，雷云云.四足步行機器人研究現狀及展望[M ].山

四足步行機器人結構設計文獻綜述

東科技大學 機械電子工程學院.青島.266510.[8] 陸學東.多足步行機器人運動規劃與控制.[M ].華中科技大學出版社.2006.2.[9] 宣奇波，張懷相，戴國駿.四足步行機器人穩定性步態規劃.杭州電子科技大學計算機應用技術研究所.浙江 杭州 310018.[10] 朱學彪.液壓驅動四足機器人機械結構設計.[M ].武漢科技大學 機械自動化學院，武漢 430081

第四篇：機器人外文翻譯

沈陽航空工業學院學士學位論文

機 器 人

工業機器人是在生產環境中以提高生產效率的工具，它能做常規乏味的裝配線工作，或能做那些對于工人來說是危險的工作，例如，第一代工業機器人是用來在 核電站中更換核燃料棒，如果人去做這項工作，將會遭受有害的放射線的輻射。工業機器人亦能工作在裝配線上將小元件裝配到一起，如將電子元件安放在電路印制板，這樣，工人就能從這項乏味的常規工作中解放出來。機器人也能按程序要求用來拆除炸彈，輔助殘疾人，在社會的很多應用場合下履行職能。

機器人可以認為是將手臂末端的工具、傳感器和（或）手爪移到程序指定位置的一種機器。當機器人到達位置后，它將執行某種任務。這些任務可以是焊接、密封、機器裝料、拆卸以及裝配工作。除了編程以及系統的開停之外，一般來說這些工作可以在無人干預下完成。如下敘述的是機器人系統基本術語：

1.機器人是一個可編程、多功能的機械手，通過給要完成的不同任務編制各種動作，它可以移動零件、材料、工具以及特殊裝置。這個基本定義引導出后續段落的其他定義，從而描繪出一個完整的機器人系統。

2.預編程位置點是機器人為完成工作而必須跟蹤的軌跡。在某些位

沈陽航空工業學院學士學位論文

置點上機器人將停下來做某些操作，如裝配零件、噴涂油漆或焊接。這些預編程點貯存在機器人的貯存器中，并為后續的連續操作所調用，而且這些預編程點想其他程序數據一樣，可在日后隨工作需要而變化。因而，正是這種編程的特征，一個工業機器 人很像一臺計算機，數據可在這里儲存、后續調用與編譯。

3.機器手是機器人的手臂，它使機器人能彎曲、延伸和旋轉，提供這些運動的是機器手的軸，亦是所謂的機器人的自由度。一個機器人能有3~16軸，自由度一詞總是與機器人軸數相關。

4.工具和手爪不是機器人自身組成部分，但它們是安裝在機器人手臂末端的附件。這些連在機器人手臂末端的附件可使機器人抬起工件、點焊、刷漆、電弧焊、鉆孔、打毛刺以及根據機器人的要求去做各種各樣的工作。

5.機器人系統還可以控制機器人的工作單元，工作單元是機器人執行任務所處的整體環境，該單元包括控制器、機械手、工作平臺、安全保護裝置或者傳輸裝置。所有這些為保證機器人完成自己任務而必須的裝置都包括在這一工作單元中。另外，來自外設的信號與機器人通訊，通知機器人何時裝配工件、取工件或放工件到傳輸裝置上。機器人系統有三個基本部件：機械手、控制器和動力源。

A.機械手

沈陽航空工業學院學士學位論文

機械手做機器人系統中粗重工作，它包括兩個部分：機構與附件，機械手也用聯接附件基座，圖21-1表示了一機器人基座與附件之間的聯接情況。

機械手基座通常固定在工作區域的地基上，有時基座也可以移動，在這種情況下基座安裝在導軌回軌道上，允許機械手從一個位置移到另外一個位置。

正如前面所提到的那樣，附件從機器人基座上延伸出來，附件就是機器人的手臂，它可以是直動型，也可以是軸節型手臂，軸節型手臂也是大家所知的關節型手臂。

機械臂使機械手產生各軸的運動。這些軸連在一個安裝基座上，然后再連到拖架上，拖架確保機械手停留在某一位置。

在手臂的末端上，連接著手腕（圖21-1），手腕由輔助軸和手腕凸緣組成，手腕是讓機器人用戶在手腕凸緣上安裝不同的工具來做不同的工作。

機械手的軸使機械手在某一區域內執行任務，我們將這個區域為機器人的工作單元，該區域的大小與機械手的尺寸相對應，圖21-2列舉了一個典型裝配機器人的工作單元。隨著機器人機械結構尺寸的增加，工作單元的范圍也必須相應的增加。

機械手的運動有執行元件或驅動系統來控制。執行元件或驅動系統

沈陽航空工業學院學士學位論文

允許各軸力經機構轉變為機械能，驅動系統與機械傳動鏈相匹配。由鏈、齒輪和滾珠絲杠組成的機械傳動鏈驅動著機器人的各軸。

B.控制器

機器人控制器是工作單元的核心。控制器儲存著預編程序供后續調用、控制外設，及與廠內計算機進行通訊以滿足產品更新的需要。

控制器用于控制機械手運動和在工作單元內控制機器人外設。用戶可通過手持的示教盒將機械手運動的程序編入控制器。這些信息儲存在控制器的儲存器中以備后續調用，控制器儲存了機器人系統的所有編程數據，它能儲存幾個不同的程序，并且所有這些程序均能編輯。

控制器要求能夠在工作單元內與外設進行通信。例如控制器有一個輸入端，它能標識某個機加工操作何時完成。當該加工循環完成后，輸入端接通，告訴控制器定位機械手以便能抓取已加工工件，隨后，機械手抓取一未加工件，將其放置在機床上。接著，控制器給機床發出開始加工的信號。

控制器可以由根據事件順序而步進的機械式輪鼓組成，這種類型的控制器可用在非常簡單的機械系統中。用于大多數機器人系統中的控制器代表現代電子學的水平，是更復雜的裝置，即它們是由微處理器操縱的。這些微處理器可以是8位、16位或32位處理器。它們可以使得控制器在操作過程中顯得非常柔性。

沈陽航空工業學院學士學位論文

控制器能通過通信線發送電信號，使它能與機械手各軸交流信息，在機器人的機械手和控制器之間的雙向交流信息可以保持系統操作和位置經常更新，控制器亦能控制安裝在機器人手腕上的任何工具。

控制器也有與廠內各計算機進行通信的任務，這種通信聯系使機器人成為計算機輔助制造（CAM）系統的一個組成部分。

存儲器。給予微處理器的系統運行時要與固態的存儲裝置相連，這些存儲裝置可以是磁泡，隨機存儲器、軟盤、磁帶等。每種記憶存儲裝置均能貯存、編輯信息以備后續調用和編輯。

C.動力源

動力源是給機器人和機械手提供動力的單元。傳給機器人系統的動力源有兩種，一種是用于控制器的交流電，另一種是用于驅動機械手各軸的動力源，例如，如果機器人的機械手是有液壓和氣壓驅動的，控制信號便傳送到這些裝置中，驅動機器人運動。

沈陽航空工業學院學士學位論文

液壓與氣壓系統

僅有以下三種基本方法傳遞動力：電氣，機械和流體。大多數應用系統實際上是將三種方法組合起來而得到最有效的最全面的系統。為了合理地確定采取哪種方法。重要的是了解各種方法的顯著特征。例如液壓系統在長距離上比機械系統更能經濟地傳遞動力。然而液壓系統與電氣系統相比，傳遞動力的距離較短。

液壓動力傳遞系統涉及電動機，調節裝置和壓力和流量控制，總的來說，該系統包括：

泵：將原動機的能量轉換成作用在執行部件上的液壓能。閥：控制泵產生流體的運動方向、產生的功率的大小，以及到達執行部件流體的流量。功率大小取決于對流量和壓力大小的控制。

執行部件：將液壓能轉成可用的機械能。

介質即油液：可進行無壓縮傳遞和控制，同時可以潤滑部件，使閥體密封和系統冷卻。

聯接件：聯接各個系統部件，為壓力流體提供功率傳輸通路，將液體返回油箱（貯油器）。

油液貯存和調節裝置：用來確保提供足夠質量和數量并冷卻的液體。

沈陽航空工業學院學士學位論文

液壓系統在工業中應用廣泛。例如沖壓`鋼類工件的磨削幾一般加工業、農業、礦業、航天技術、深海勘探、運輸、海洋技術，近海天然氣和石油勘探等行業，簡而言之，在日常生活中有人不從液壓技術中得到某種益處。

液壓系統成功而又廣泛使用的秘密在于它的通用性和易操作性。液壓動力傳遞不會象機械系統那樣受到機器幾何形狀的制約，另外，液壓系統不會像電氣系統那樣受到材料物理性能的制約，它對傳遞功率幾乎沒有量的限制。例如，一個電磁體的性能受到鋼的磁飽和極限的限制，相反，液壓系統的功率僅僅受材料強度的限制。

企業為了提高生產率將越來越依靠自動化，這包括遠程和直接控制生產操作、加工過程和材料處理等。液壓動力之所以成為自動化的組成部分，是因為它有如下主要的特點：

1.控制方便精確

通過一個簡單的操作桿和按扭，液壓系統的操作者便能立即起動，停止、加減速和能提供任意功率、位置精度為萬分之一英寸的位置控制力。圖13-1是一個使飛機駕駛員升起和落下起落架的液壓系統，當飛行向某方向移動控制閥，壓力油流入液壓缸的某一腔從而降下起落架。飛行員向反方向移動控制閥，允許油液進入液壓缸的另一腔，便收回起落架。

2.增力 一個液壓系統（沒有使用笨重的齒輪、滑輪和杠桿）能簡單

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有效地將不到一盎司的力放大產生幾百噸的輸出。

3.恒力或恒扭矩

只有液壓系統能提供不隨速度變化而變化的恒力或恒扭矩，他可以驅動對象從每小時移動幾英寸到每分鐘幾百英寸，從每小時幾轉到每分鐘幾千轉。

4.簡便、安全、經濟

總的來說，液壓系統比機械或電氣系統使用更少的運動部件，因此，它們運行與維護簡便。這使得系統結構緊湊，安全可靠。例如 一種用于車輛上的新型動力轉向控制裝置一淘汰其他類型的轉向動力裝置，該轉向部件中包含有人力操縱方向控制閥和分配器。因為轉向部件是全液壓的，沒有方向節、軸承、減速齒輪等機械連接，使得系統簡單緊湊。

另外，只需要輸入很小的扭矩就能產生滿足極其惡劣的工作條件所需的控制力，這對于因操作空間限制而需要小方向盤的場合很重要，這也是減輕司機疲勞度所必須的。

液壓系統的其他優點包括雙向運動、過載保護和無級變速控制，在已有的任何動力、系統中液壓系統也具有最大的單位質量功率比。

盡管液壓系統具有如此的高性能，但它不是可以解決所有動力傳遞問題的靈丹妙藥。液壓系統也有缺點，液壓油有污染，并且泄露不可能完全避免，另外如果油液滲漏發生在灼熱設備附近，大多數液壓油能引起火災。

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氣壓系統

氣壓系統是用壓力氣體傳遞和控制動力，正如名稱所表明的那樣，氣壓系統通常用空氣（不用其他氣體）作為流體介質，因為空氣是安全、成本低而又隨處可得的流體，在系統部件中產生電弧有可能點燃泄露物的場合下（使用空氣作為介質）尤其安全。

在氣壓系統中，壓縮機用來壓縮并提供所需的空氣。壓縮機一般有活塞式、葉片式和螺旋式等類型。壓縮機基本上是根據理想氣體法則，通過減小氣體體積來增加氣體壓力的。氣壓系統通常考慮采用大的中央空氣壓縮機作為一個無限量的氣源，這類似于電力系統中只要將插頭插入插座邊可獲得電能。用這種方法，壓力氣體可以總氣體源輸送到整個工廠的各個角落，壓力氣體可通過空氣濾清器除去污物，這些污染可能會損壞氣動組件的精密配合部件如閥和汽缸等，隨后輸送到各個回路中，接著空氣流經減壓閥以減小氣壓值適合某一回路使用。因為空氣不是好的潤滑油，氣壓系統需要一個油霧器將細小的油霧注射到經過減壓閥減壓空氣中，這有幫助于減少氣動組件精密配合運動件的磨損。

由于來自大氣中的空氣含不同數量的水分，這些水分是有害的，它可以帶走潤滑劑引起的過分磨損和腐蝕，因此，在一些使用場合中，要用空氣干燥器來除去這些有還的水分。由于氣壓系統直接向大氣排

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氣，會產生過大的噪聲，因此可在氣閥和執行組件排氣口安裝銷聲器來降低噪聲，以防止操作人員因接觸噪聲及高速空氣粒子有可能引發的傷害。

用氣動系統代替液壓系統有以下幾條理由：液體的慣性遠比氣體大，因此，在液壓系統中，當執行組件加速減速和閥突然開啟關閉時，油液的質量更是一個潛在的問題，根據牛頓運動定律，產生加速度運動油液所需的力要比加速同等體積空氣所需的力高出許多倍。液體比氣體具有更大的粘性，這會因為內摩擦而引起更大的壓力和功率損失；另外，由于液壓系統使用的液體要與大氣隔絕，故它們需要特殊的油箱和無泄露系統設計。氣壓系統使用可以直接排到周圍環境中的空氣，一般來說氣壓系統沒有液體系統昂貴。

然而，由于空氣的可壓縮性，使得氣壓系統執行組件不可能得到精確的速度控制和位置控制。氣壓系統由于壓縮機局限，其系統壓力相當低（低于250psi），而液壓力可達1000psi之高，因此液壓系統可以是大功率系統，而氣動系統僅用于小功率系統，典型例子有沖壓、鉆孔、夾緊、組裝、鉚接、材料處理和邏輯控制操作等。

第五篇：智能機器人外文翻譯

Robot Robot is a type of mechantronics equipment which synthesizes the last research achievement of engine and precision engine, micro-electronics and computer, automation control and drive, sensor and message dispose and artificial intelligence and so on.With the development of economic and the demand for automation control, robot technology is developed quickly and all types of the robots products are come into being.The practicality use of robot products not only solves the problems which are difficult to operate for human being, but also advances the industrial automation program.At present, the research and development of robot involves several kinds of technology and the robot system configuration is so complex that the cost at large is high which to a certain extent limit the robot abroad use.To development economic practicality and high reliability robot system will be value to robot social application and economy development.With the rapid progress with the control economy and expanding of the modern cities, the let of sewage is increasing quickly: With the development of modern technology and the enhancement of consciousness about environment reserve, more and more people realized the importance and urgent of sewage disposal.Active bacteria method is an effective technique for sewage disposal，The lacunaris plastic is an effective basement for active bacteria adhesion for sewage disposal.The abundance requirement for lacunaris plastic makes it is a consequent for the plastic producing with automation and high productivity.Therefore, it is very necessary to design a manipulator that can automatically fulfill the plastic holding.With the analysis of the problems in the design of the plastic holding manipulator and synthesizing the robot research and development condition in recent years, a economic scheme is concluded on the basis of the analysis of mechanical configuration, transform system, drive device and control system and guided by the idea of the characteristic and complex of mechanical configuration, electronic, software and hardware.In this article, the mechanical configuration combines the character of direction coordinate and the arthrosis coordinate which can improve the stability and operation flexibility of the system.The main function of the transmission mechanism is to transmit power to implement department and complete the necessary movement.In this transmission structure, the screw transmission mechanism transmits the rotary motion into linear motion.Worm gear can give vary transmission ratio.Both of the transmission mechanisms have a characteristic of compact structure.The design of drive system often is limited by the environment condition and the factor of cost and technical lever.'The step motor can receive digital signal directly and has the ability to response outer environment immediately and has no accumulation error, which often is used in driving system.In this driving system, open-loop control system is composed of stepping motor, which can satisfy the demand not only for control precision but also for the target of economic and practicality.on this basis, the analysis of stepping motor in power calculating and style selecting is also given.The analysis of kinematics and dynamics for object holding manipulator is given in completing the design of mechanical structure and drive system.Kinematics analysis is the basis of path programming and track control.The positive and reverse analysis of manipulator gives the relationship between manipulator space and drive space in position and speed.The relationship between manipulator’s tip position and arthrosis angles is concluded by coordinate transform method.The geometry method is used in solving inverse kinematics problem and the result will provide theory evidence for control system.The f0unction of dynamics is to get the relationship between the movement and force and the target is to satisfy the demand of real time control.in this chamfer, Newton-Euripides method is used in analysis dynamic problem of the cleaning robot and the arthrosis force and torque are given which provide the foundation for step motor selecting and structure dynamic optimal ting.Control system is the key and core part of the object holding manipulator system design which will direct effect the reliability and practicality of the robot system in the division of configuration and control function and also will effect or limit the development cost and cycle.With the demand of the PCL-839 card, the PC computer which has a.tight structure and is easy to be extended is used as the principal computer cell and takes the function of system initialization, data operation and dispose, step motor drive and error diagnose and so on.A t the same time, the configuration structure features, task principles and the position function with high precision of the control card PCL-839 are analyzed.Hardware is the matter foundation of the control.System and the software is the spirit of the control system.The target of the software is to combine all the parts in optimizing style and to improve the efficiency and reliability of the control system.The software design of the object holding manipulator control system is divided into several blocks such as 2 system initialization block, data process block and error station detect and dispose model and so on.PCL-839 card can solve the communication between the main computer and the control cells and take the measure of reducing the influence of the outer signal to the control system.The start and stop frequency of the step motor is far lower than the maximum running frequency.In order to improve the efficiency of the step motor, the increase and decrease of the speed is must considered when the step motor running in high speed and start or stop with great acceleration.The increase and decrease of the motor’s speed can be controlled by the pulse frequency sent to the step motor drive with a rational method.This can be implemented either by hardware or by software.A step motor shift control method is proposed, which is simple to calculate, easy to realize and the theory means is straightforward.The motor' s acceleration can fit the torque-frequency curve properly with this method.And the amount of calculation load is less than the linear acceleration shift control method and the method which is based on the exponential rule to change speed.The method is tested by experiment.At last, the research content and the achievement are sum up and the problems and shortages in main the content are also listed.The development and application of robot in the future is expected.機器人

機器人是典型的機電一體化裝置，它綜合運用了機械與精密機械、微電子與計算機、自動控制與驅動、傳感器與信息處理以及人工智能等多學科的最新研究成果，隨著經濟的發展和各行各業對自動化程度要求的提高，機器人技術得到了迅速發展，出現了各種各樣的機器人產品。機器人產品的實用化，既解決了許多單靠人力難以解決的實際問題，又促進了工業自動化的進程。目前，由于機器人的研制和開發涉及多方面的技術，系統結構復雜，開發和研制的成本普遍較高，在某種程度上限制了該項技術的廣泛應用，因此，研制經濟型、實用化、高可靠性機器人系統具有廣泛的社會現實意義和經濟價值。

由于我國經濟建設和城市化的快速發展，城市污水排放量增長很快，污水處理己經擺在了人們的議事日程上來。隨著科學技術的發展和人類知識水平的提高，人們越來越認識到污水處理的重要性和迫切性，科學家和研究人員發現塑料制品在水中是用于污水處理的很有效的污泥菌群的附著體。塑料制品的大量需求，使得塑料制品生產的自動化和高效率要求成為經濟發展的必然。

本文結合塑料一次擠出成型機和塑料抓取機械手的研制過程中出現的問題，綜述近幾年機器人技術研究和發展的狀況，在充分發揮機、電、軟、硬件各自特點和優勢互補的基礎上，對物料抓取機械手整體機械結構、傳動系統、驅動裝置和控制系統進行了分析和設計，提出了一套經濟型設計方案。采用直角坐標和關節坐標相結合的框架式機械結構形式，這種方式能夠提高系統的穩定性和操作靈活性。傳動裝置的作用是將驅動元件的動力傳遞給機器人機械手相應的執行機構，以實現各種必要的運動，傳動方式上采用結構緊湊、傳動比大的蝸輪蝸桿傳動和將旋轉運動轉換為直線運動的螺旋傳動。機械手驅動系統的設計往往受到作業環境條件的限制，同時也要考慮價格因素的影響以及能夠達到的技術水平。由于步進電機能夠直接接收數字量，響應速度快而且工作可靠并無累積誤差，常用作數字控制系統驅動機構的動力元件，因此，在驅動裝置中采用由步進電機構成的開環控制方式，這種方式既能滿足控制精度的要求，又能達到經濟性、實用化目的，在此基礎上，對步進電機的功率計一算及選型問題經行了分析。

在完成機械結構和驅動系統設計的基礎上，對物料抓取機械手運動學和動力學進行了分析。運動學分析是路徑規劃和軌跡控制的基礎，對操作臂進行了運動學正、逆問題的分析可以完成操作空間位置和速度向驅動空間的映射，采用齊次坐標變換法得到了操作臂末端位置和姿態隨關節夾角之間的變換關系，采用幾何法分析了操作臂的逆向運動學方程求解問題，對控制系統設計提供了理論依據。機器人動力學是研究物體的運動和作用力之間的關系的科學，研究的目的是為了4 滿足是實時性控制的需要，本文采用牛頓-歐拉方法對物料抓取機械手動力學進行了分析，計算出了關節力和關節力矩，為步進電機的選型和動力學分析與結構優化提供理論依據。

控制部分是整個物料抓取機械手系統設計關鍵和核心，它在結構和功能上的劃分和實現直接關系到機器人系統的可靠性、實用性，也影響和制約機械手系統的研制成本和開發周期。在控制主機的選用上，采用結構緊湊、擴展功能強和可靠性高的PC工業控制計算機作為主機，配以PCL-839卡主要承擔系統功能初始化、數據運算與處理、步進電機驅動以及故障診斷等功能;同時對PCL-839卡的結構特點、功能原理和其高定位功能等給與了分析。硬件是整個控制系統以及極限位置功能賴以存在的物質基礎，軟件則是計算機控制系統的神經中樞，軟件設計的目的是以最優的方式將各部分功能有機的結合起來，使系統具有較高的運行效率和較強的可靠性。在物料抓取機械手軟件的設計上，采用的是模塊化結構，分為系統初始化模塊、數據處理模塊和故障狀態檢測與處理等幾部分。主控計算機和各控制單元之間全部由PCL-839卡聯系，并且由該卡實現抗干擾等問題，減少外部信號對系統的影響。

步進電機的啟停頻率遠遠小于其最高運行頻率，為了提高工作效率，需要步進電機高速運行并快速啟停時，必須考慮它的升，降速控制問題。電機的升降速控制可以歸結為以某種合理的力一式控制發送到步進電機驅動器的脈沖頻率，這可由硬件實現，也可由軟件方法來實現。本文提出了一種算法簡單、易于實現、理論意義明確的步進電機變速控制策略:定時器常量修改變速控制方案。該方法能使步進電機加速度與其力矩——頻率曲線較好地擬合，從而提高變速效率。而且它的計算量比線性加速度變速和基于指數規律加速度的變速控制小得多。通過實驗證明了該方法的有效性。

最后，對論文主要研究內容和取得的技術成果進行了總結，提出了存在的問題和不足，同時對機器人技術的發展和應用進行了展望。