外文翻譯--平衡機器人手臂重量的設備和方法.doc

平衡機器人手臂重量的設備和方法本發(fā)明包括一個擁有液壓彈簧,特別是氣壓彈簧的補償機器人機械手臂重量的裝置和一個控制機器人運動的控制裝置，還有一種補償機器人手臂重量的方法。在這種方法中機器人手臂的重量補償是由液壓彈簧，特別是氣壓彈簧來實現(xiàn)的，同時這種方法也實現(xiàn)了對機器人運動的控制。補償靜載荷的機器人一般配備一個體重補償器，例如機器手臂的可移動平衡臺。為了達到調節(jié)補償?shù)哪康?，可以用運動方程式對由機器人的機械結構和驅動器所決定的控制系統(tǒng)的動靜態(tài)特性進行調整。運動方程式可由已知條件得出，根據(jù)已知的平衡條件可以按其坐標軸列出機器人手臂位置的函數(shù)。如果該方程組是解決根據(jù)驅動的時刻,詳細的理想模式的速度和驅動機器人運動為現(xiàn)在的時刻。如果根據(jù)對驅動時間的要求可以列出方程組，則機器人運動的理想速度和驅動時間就可以由這個方程組得出。用這種方法所得到的理想值通?？梢杂糜陬A先控制的目的。而在理想情況下，如果對機器人的真實運動有精確的數(shù)學建模，則控制偏差是不會出現(xiàn)的，在實踐中，為了補償模型的誤差，必須要有一個控制器。這就需要在機器人上安裝一個伺服控制器，例如PLD控制器，這樣控制器就可以通過調整機器人的運動達到補償?shù)哪康?。這樣的機器人手臂可以在任何時候以最大速度或最大加速度運動,而不超過允許的范圍。眾所周知的氣體彈簧，比如用于固定機器人手臂的彈簧，處于偏斜狀態(tài)，當它受到壓縮或拉伸時，便依靠機器人把壓力轉化為所說的偏移力。然而，當用這種氣體彈簧時的一個固有缺陷是這樣一種事實，即：氣體彈簧的偏斜力和它受力之間的關系只有在氣體達到理想氣壓平衡時才成比例。因為在特定的高氣壓下，氣體不再是理想的方式工作，加壓升溫，減壓降溫，氣體彈簧產生的力要考慮波動范圍。一方面，壓力改變導致了負載補償波動，另一方面，不恰當?shù)膽昧蓑寗幽茉?，因為安全的原因，必須限制機器人的功率。另外，由于檢測不到因氣體彈簧泄漏而產生的氣壓下跌，會導致機器人過載而損。同時根據(jù)上述缺點,這種發(fā)明要解決的問題是提出一種方法和裝置來補償上述類型機器人的機器手臂的重量。在一個上述類型裝置中,這個發(fā)明解決了這個問題，它是通過壓力傳感器測量流體彈簧的液壓來實現(xiàn)的。為解決這個問題,，根據(jù)導言，在機器人手臂重量補償方法中,液體彈簧的液體壓力就可以被測量。通過測量封閉在氣體彈簧的氣體的壓力，可以得到機器人的瞬時運動狀況。壓力傳感器的高可靠性和高精確度使得機器人可以達到它的承載極限，因此也就使機器人以最高效率工作。壓力傳感器的高可靠性和高精確度也可以通過壓力下降檢測流體彈簧的泄漏。在理想的情況下，為了在壓力達到壓力極限時產生信號，壓力傳感器根據(jù)發(fā)明要求必須連接一個或幾個感應器。為了使機器人的驅動系統(tǒng)在過載或載荷十分低的情況時能自動的停止，感應器以最優(yōu)的方式連接到過載保護裝置。這樣，在壓力非常高的情況下（比如機器臂達到極限位置）或在壓力非常低的情況下（比如氣體彈簧有泄漏），機器人的驅動系統(tǒng)就會自動的停止。因此可以可靠地避免機器人受損和過載。在另一個理想的情況下，機器人補償裝置的體重有監(jiān)測裝置，它是通過流體壓力傳感器用于監(jiān)視測量液壓彈簧的壓力。同時為了預測可能出現(xiàn)的故障，它也需要被精確的制造，以便能檢測到液體的壓力隨時間的變化。在特定的情況下,用于監(jiān)視測量液壓彈簧的壓力和其隨時間變化的監(jiān)測裝置是機器人手臂位置控制的一種功能。這樣一種監(jiān)測每個機器人手臂中液體壓力的監(jiān)測裝置，可以通過調整和優(yōu)化驅動系統(tǒng)來調整手臂的運動。另外，沿面的壓力變化及壓力分布的異常也可以測量出來，然后就可以獲取一些信息，例如機器人需要維修的信息。這樣液體壓力可以被精確的測量，并在壓力達到預設的液壓極限和機器人驅動斷開的高低壓極限時，起到防止過載和毀壞的作用。在理想的情況下，測量得來的液壓彈簧的壓力特別是壓力分布是被監(jiān)測的，并作為是機器人手臂位置的一種功能。在機器人控制裝置中,它的靜態(tài)和動態(tài)行為被數(shù)學模擬在一個方程組，這使得有可能從開車(發(fā)動電機)的時刻開始計算的每個驅動部分的驅動時間，并使得所有的影響(重力、摩擦、慣性、離心力,支持力量,等等)考慮到內，這也使得有可能從電機在完成實際運動時所需的軸位置、速度和加速度實際情況(預定的時刻和給定的,最大限度地利用現(xiàn)有的馬達和齒輪的時刻來確定最大允許的加速度的軸。)（質量包括承諾書的重量,慣性機器人的機械部件的質量和慣性負載的有用工具、安裝(負荷)、電機、齒輪、摩擦、重力、科氏、離心和支持的時刻,以及車軸位置。利用前項輸入值，該模型可以計算實際所需要的驅動時間，然后對驅動規(guī)律進行控制。該方法簡化并因此提高了機器人的駕駛調控靜態(tài)和動態(tài)精度。在理想的情況下,在計算的時間里，驅動調整器沒有工作。在實踐中，由于模型的不完整和沒有預設值，驅動調整器也必須補償錯誤值。除了這個預定時刻，模型同時還提供動態(tài)路徑規(guī)劃/旅行剖面生成模塊的信息,以確保加速/減速斜道,總以這樣一種方式傳播最裝載軸與允許最大速度值。這允許在沒有超過極限的時候到達最大的傳動動力。至此，在原則上，重量補償器的支撐力已經被考慮，在這一過程中，通過計算液壓缸內的壓力可以得出重量補償器的位置。這個計算具有預置的常量,從而不考慮在實際操作的偏差。由于絕熱過程，漏、溫度和/或時間壓力分布引起了這些偏差。這些偏差導致了控制系統(tǒng)工作量的增加和故障或錯誤狀態(tài)(錯誤的壓力設定值,不正確的參數(shù)模型,強烈頭的壓力損失、損害、故障等)的不可測性,除非在十分明顯的時候，才能測得。為了避免這些缺點,在這項發(fā)明中，為了調整機器人運動時液壓彈簧壓力的參數(shù)，壓力傳感器應連接到機器人控制裝置,所以在這項發(fā)明中，這種機器人的預設運動參數(shù)得到改進，因此實際的控制系統(tǒng)的工作量減少。機器人手臂運動控制的參數(shù)轉化為可測的液體壓力，因此手臂移動的數(shù)據(jù)可以被自動調整。根據(jù)這項發(fā)明，通過這些測量，可是從忽略壓力計算不精確值得角度來減少控制系統(tǒng)的工作量。而且也不需要為了保證安全的正面或負面的補充措施，所以運動動力的到改進，機器人的承載能力也得到提高。而且通過對計算數(shù)據(jù)和測量所得的數(shù)據(jù)進行比較可以檢查出異常情況。也有可能在選定的記錄壓力值的情況下,在一個日志文件進行診斷和維修的目的在機器人控制中，作為一種新穎地，能自動適應的測量方法，它不需要復雜壓力調節(jié)裝置。壓力彈簧可以被制造成完全被動的，無規(guī)律的形式。DeviceandmethodforbalancingtheweightonarobotarmTheinventionrelatestoadeviceforcompensatingtheweightofarobotarmofarobot,havingafluidspringparticularlyagasspring,andwithacontroldeviceforcontrollingthemovementsoftherobot,aswellastoamethodforcompensatingtheweightoftherobotarm,inwhichtheweightcompensationoftherobotarmisbroughtaboutbyafluidspring,particularlyagasspringandthemovementsoftherobotarecontrolled.Forcompensatingstaticloadsarobotisgenerallyprovidedwithaweightcompensationdevice,whichcane.g.beconstructedasamovablecounterweighttotherobotarm.Foradjustingsuchadeviceforweightcompensationpurposes,itise.g.knowntomodelthedynamicandstaticbehaviourofthecontrolledsystemfixedbytherobotmechanicsandrobotdrivemathematicallybymeansofthemotionequationsforthecompleterobot.Inthemotionequationsobtainedtheequilibriumconditionscanbesetasafunctionofthepositionoftherobotarmforeachcoordinateaxis.Ifthisequationsystemisresolvedaccordingtothedrivemoments,thedetaileddesiredpatternofspeedanddrivemomentsforpresentrobotaremovementsareobtained.Thedesiredvalueobtainedinthiswaycangenerallybeusedforprecontrolpurposes.Whereasintheidealcase,withexactmathematicalmodellingoftherealmovementconditionsoftherobot,nocontroldeviationoccurs,inpracticeacontrollerisunavoidableinordertocompensatetheerrorsofthemodel.Forthispurposeitise.g.necessarytosubjectthecontroller,e.g.constructedasaPIDcontroller,usingafinalcontrolelementtotheactualmovementconditionsoftherobot,sothatthecontrollerisabletoreadjustthedifferences.Inthiswaytherobotarmcanbeoperatedatanytimewithmaximumpossiblespeedormaximumpossibleacceleration,withoutexceedingthepermittedlimits.Forexamplegasspringsareknown,whicharee.g.asfixedtoarobotarm,thatinthecaseofadeflectionthereoftheyundergocompressionorstretchingandconsequentlyconvertthepressuredependentonrobotaredeflectionintoaforcedependentonsaiddeflection.However,aparticulardisadvantagewhenusingsuchgasspringsisthefactthattherelationshipbetweenthedeflectionandforceortensionofagasspringisonlyproportionalforaslongasthebehaviorofthegascanbeapproachedtotheidealgasequation.Sinceinparticularathighergaspressures,thegasnolongerbehavesinanidealmannerandheatsoncompressionandcoolsondepression,theforceproducedbymeansofgasspringshasaconsiderablefluctuationrange,whichontheonehandleadstoafluctuatingloadcompensationasaresultofpressurecha