工業(yè)機(jī)器人外文翻譯--對(duì)移動(dòng)機(jī)械臂在其環(huán)境中使用有效質(zhì)量和阻尼控制所產(chǎn)生的脈沖接觸力進(jìn)行控制（譯文）

1、中文5957字出處： 出處：INTERNATIONAL JOURNAL OF PRECISION ENGINEERING AND MANUFACTURING Vol. 11, No. 5, pp. 697-704對(duì)移動(dòng)機(jī)械臂在其環(huán)境中使用有效質(zhì)量和阻尼控制所產(chǎn)生的脈沖接觸力進(jìn)行控制近年來，移動(dòng)機(jī)械臂被廣泛應(yīng)用在人類生活環(huán)境中所存在的各種服務(wù)機(jī)器人。在這種人口眾多的環(huán)境中，安全是最重要的因素。確實(shí)，安全人機(jī)交互是機(jī)器人研究中的一大挑戰(zhàn)。本

2、文提出了一種通過利用優(yōu)化的機(jī)械慣性和以阻尼為基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)控制來減少移動(dòng)機(jī)械臂及其工作平臺(tái)下所產(chǎn)生的脈沖接觸力的新方法。為了從無效的空間運(yùn)動(dòng)中找到最佳的配置，在慮及最低有效質(zhì)量和關(guān)節(jié)限制約束的情況下提出了合并后的潛在功能方法。這項(xiàng)研究的結(jié)果表明，慣性的優(yōu)化與阻尼控制器明顯降低了碰撞時(shí)的脈動(dòng)力和碰撞后的接觸力。1.介紹移動(dòng)機(jī)械臂由一個(gè)移動(dòng)基座和一個(gè)自動(dòng)的機(jī)械手組成。相對(duì)于固定式機(jī)械手，移動(dòng)式機(jī)械手最大的優(yōu)勢(shì)是它有靈活的工作區(qū)。安置在移動(dòng)基座上

3、的機(jī)械手的機(jī)械配置也生成了一個(gè)使操作更敏捷的額外有利系統(tǒng)。盡管這些特征使很多的應(yīng)用程序能在其上運(yùn)行，但基于其本身的構(gòu)造，移動(dòng)機(jī)械臂在控制方面仍然面臨著挑戰(zhàn)。首先，移動(dòng)機(jī)械臂的額外自由度使其操縱控制更加復(fù)雜化。其次，移動(dòng)機(jī)械臂的所有運(yùn)動(dòng)情況遠(yuǎn)比固定式的復(fù)雜得多。第三，許多應(yīng)用涉及機(jī)器人與環(huán)境的動(dòng)態(tài)交互。至此，在人類居住的環(huán)境中移動(dòng)機(jī)械臂給科學(xué)家們帶來了最前沿的安全問題。一直以來，科學(xué)家們對(duì)于移動(dòng)控制有著大量的研究。例如，山本提出用運(yùn)動(dòng)學(xué)活

4、動(dòng)力學(xué)的可操作性來解決移動(dòng)機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和分析過程中產(chǎn)生的冗余部分。哈提卜介紹了在控制機(jī)械手多余位置并提供關(guān)節(jié)限制約束的潛在領(lǐng)域。他也推薦利用移動(dòng)機(jī)械臂在操作空間上的固有動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)的文章。另外，他分析了在其宏觀結(jié)構(gòu)中減少了的冗余機(jī)械中的慣性影響。在其他的關(guān)于移動(dòng)機(jī)械臂的研究中，零點(diǎn)彎矩作為一個(gè)移動(dòng)機(jī)械臂系統(tǒng)執(zhí)行高負(fù)載轉(zhuǎn)移任務(wù)的量度被提了出來。還有一些關(guān)于移動(dòng)機(jī)械臂在來自工作環(huán)境中未知的外部力量作用下的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)控制的上面所提到的許多研究

5、研究都采納了移動(dòng)機(jī)械臂中的傳統(tǒng)固定機(jī)制的理念。有幾個(gè)在移動(dòng)機(jī)械臂控制方面的問題需要考慮：首先，移動(dòng)機(jī)械臂的移動(dòng)基座部分要比上部的機(jī)械手更重，這將導(dǎo)致移動(dòng)基座部分活動(dòng)時(shí)的反應(yīng)要比機(jī)在這項(xiàng)研究中，我們用了日本科技先進(jìn)協(xié)會(huì)的 M3 移動(dòng)遙控裝置。在 M3 移動(dòng)遙控裝置中，7 個(gè)自由度的三菱 PA10 機(jī)械手被安置在里面。在配置了 3 個(gè)全方位車輪的移動(dòng)基站（如圖 1）中，移動(dòng)基站的每一個(gè)車輪都分別配置有兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)來操縱和指導(dǎo)。所有的控制裝置包

6、括 CPU、分界板、伺服傳動(dòng)器和電池都被植入移動(dòng)基站。表 2 表明了 M3 移動(dòng)遙控裝置的運(yùn)動(dòng)型模型。正如表中所示，M3 移動(dòng)遙控裝置的總自由度是 10，操縱器有 7 個(gè)向外卷的接縫，移動(dòng)基站有 2 個(gè)棱鏡接縫和 1 個(gè)向外卷的接縫，Denarit-Hartenbery 的參數(shù)和 M3 移動(dòng)機(jī)械臂的慣量特性一列在表格 1 中。2.1 移動(dòng)操縱器的有效質(zhì)量對(duì)于一個(gè)移動(dòng)操縱器來說，接縫處的慣量特性用動(dòng)能矩陣 A（q）描述，一個(gè)關(guān)于接縫變量

7、q 的矩陣函數(shù)，當(dāng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)或在終止受動(dòng)器的沖擊壓力引起注意時(shí)，慣量特性能夠在終止受動(dòng)器被估算，在笛卡爾空間的動(dòng)能矩陣 A（q）被描述的特性。動(dòng)能矩陣 A（q）是從運(yùn)用雅克比行列式矩陣J（q）的動(dòng)能矩陣中計(jì)算得出的：A(q) = (J(q)A ? 1(q)JT(q)) ? 1終止受動(dòng)器在任意 u 方向上的感知慣量被如下有效質(zhì)量Mu（q）所描述：Mu(q) =1uTA ? 1(q)u有效質(zhì)量描繪了在終止受動(dòng)器處的操縱器的方向慣量特性，和 M

8、3 移動(dòng)遙控裝置一樣，有效質(zhì)量能夠用一個(gè)多余的操縱器通過改變操縱器的最優(yōu)化來操縱有效質(zhì)量，甚至終止受動(dòng)器的位置和方向被固定在笛卡爾空間，這個(gè)特征允許我們控制終止受動(dòng)器和終止受動(dòng)器給定的位置和方向的環(huán)境之間的沖擊壓力，如果有效質(zhì)量減少，沖撞下的沖擊壓力也能減少，因?yàn)檫@個(gè)壓力主要依靠慣量和速度的不同。2.2 有效質(zhì)量通過無效空間運(yùn)動(dòng)的改變對(duì)于給定的終止受動(dòng)器的狀態(tài)，一個(gè)多余的操縱器的最優(yōu)化能夠通過產(chǎn)生無效空間運(yùn)動(dòng)來被改變。以下等式描述了一個(gè)