巴雷特机械手爪－可编程式可弯曲部分的搬运和组装.docx

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1、MCB一工业的机械手论文巴雷特机械手爪一可编程式可弯曲部分的搬运和组装摘要本文详细介绍了巴雷特机械手爪BH8-250型的设计和运行，一个智能的，灵活的八轴夹具，一个可以随时进行自我完善，改变或者中断各种危险行为的工具。机械手爪带来巨大的价值-工厂自动化,因为它：降低所需机器人工作单元的数量和尺寸（平均每项90,000美元不包括高成本的占地面积），从而提高了工厂的生产能力，通过一个可编程平台控制整合了各种各样的机械手抓;渐渐的改进和推出新产品介绍，通过工厂里的软件进行国际联网。介绍本文介绍了一种新的方法来进行材料处理，零件分类和构件组装，我们称它为“抓”，即一个单一的嵌入式智能可重构机械手爪，取

2、代了独特的，固定形状的夹子和整个换刀库。指导的目的是为了感谢巴雷特机械手爪的设计，今天我们必须探讨什么是错误的机器人技术，机器人在未来的巨大潜力，以及以前遗留下来的行不通的手爪的解决方案。为了实现机器人的优秀解决方案，可编程的灵活性，需要沿着整个机器人的设计史，从它的诞生，到现在。机器人手臂能够从基础的编程升级到灵活性的镀金，让机器人的外壳越来越薄。但即使要让这些机器人的外壳变薄，也必须嵌入智能软件Exce1,以确保每个机器人能正常运转和适应新的复杂的功能。就像在串行链中最薄弱环节，不灵活的爪子限制了整个工作单元机器人的生产力。机械爪子己经进行了独特的设计，但是固定颗板的形状还没有确定。在设计

3、的过程中，一般难以预计硬盘成本和进度的范围。一般来说，机器人的每个形状、方向和接近角的预期的变化，需要其他自定义，但是爪子固定的位置，存放爪子的地方和更换爪子的器械，是不容许擅自改变和增加的。相比之下，巴雷特的专利机械手爪如图1所示，机械结构，自动重新配置和高度可编程性，不到一秒钟匹配，地工作单元不停顿的数据交换量，交换手爪的几乎任意形状的变换功能。对于需要处理的可变等多种有效载荷的方向，提出了高度灵活性的任务,一个能让机械手爪更安全，更快捷的安装，以及比定做加工夹具更低的成本和大容量的存储机架。不间断运行时，工作单元只有一个或两个备用机械手爪可以作为应急备份，而一个或两个备用的手抓，是要求每

4、个手爪都能变化-可能每个工作单元需要几十人。而且，悲剧的是如果两个手爪都系统备份，如果失败，因为它会存储前几天的可以识别的数据，很多自定义形状，装运和自身装配，所以会影响后面的操作。与此相反，由于机械手爪是数据相同，他们总是可以通过特定的软件及时提供无限量的数据。传统夹具今天的机器人，装配零件的处理大部分是通过夹具。如果表面的条件允许，真空吸力和电磁铁也可以应用，例如：处理汽车挡风玻璃和车身。作为部分尺寸开始超过IoOgnIs,颗板的自定义形状，以确保安全运行。由于处理和装配耐用的主体，这些工具没有什么变化，因为机器人是从三十年以前才开始的。夹具，可以看做简单的类似钳子的动作，有两个或三个非较

5、链手指，被称为“钳口”，保持平行或者进行打开或者观关上的运动，如2所示。良好的组织目录可从制造商那里得到客户所匹配（除了自定义形成的素具）的各种组成手爪所需要的部分任务和部分参数。大型液压夹钳的有效载荷的尺寸范围从微克至100+公斤。驱动是典型的气动或液动,用简单的开/关阀控制切换全开或全闭状态。钳口通常移动ICm就可以全开至全关。这两只手，两个或三个手指，被称为“钳口”。对钳口部分的制造目标是可移动的机械软钢或铝，被称为“软钳口二在特殊的情况下，工具专家设计师决定要对矩形软钳口件进行自定义加工。一旦加工形状完成，软钳口夹持器就要连接到各自的机构进行测试。这一过程可以采取任何数量的迭代和调整，

6、直到系统正常工作。模具设计者需要时间来重复整个过程中每一个新的形态。随着消费者需求产品选择的多元化，更加频繁的产品介绍，对可调节自动化的需求前所未有地强烈。然而，并没有使机械手爪更全面，在过去几年中机器人产业一直遵循的工具自动来交换数控磨刀具技术的例子。但是，应用换模型串行工具连接机器人证明是昂贵的和无效的。不同于使用标准规范外的铳床工具进行成品切割，机器人工具设计者必须定制每一套机械爪的形状，一个耗时多、昂贵且难以确定范围的任务。虽然机械手爪只便宜了500美元，但是每个工人努力制造机械手爪会耗资数倍。通过上面的例子，如果你要增加12个爪子的换刀架和刀具库，那么花费就不止10,000美元，而是

7、剧增到20,000美元至60,000元。更严重的是，在定制过程中准确的预测成本将是未知数。因此，客户必须提交一份包括初装费、所需时间和材料的成本在内的采购订单，这是是交易的基础。虽然在美国售价30,000美元，智能机械手爪并不便宜。然而，人们可以“定制”在某一天运行一个小时软件来验证的系统的性能。如果系统的性能不能达到目标要求，那么那一天的劳动是白费的。如果系统成功，那么按照原订单将没有任何隐藏的费用。除了成本、转换机制的物理重量，在末端串行连接的机械臂外，限制了有效载荷和整个系统的动态响应。该转换长度增加了额外的有效载荷中心，运动的灵活性，动态响应和关键的安全距离。巴雷特机械手爪的说明灵活性

8、和耐久性的简洁介绍巴雷特机械手爪在灵活性的基础上，按图3中确定的八种联合轴连接。只有四个直流伺服电动机，如图4所示，需要控制所有八个关节，由智能机械耦合增强。由此产生的机械手爪是自身总共只有一点一八公斤重，只有8mm直径的连接电缆提供直流电源，建立双向串行通讯连接到机器人的主要工作单元控制器中。该机械手爪的通讯电子，五微处理器，传感器，信号处理电路，电子换相，电流放大器，和伺服电机都整齐的安装在机械手的体内。巴雷特机械手爪的手掌有三个手指关节，如图5所示，通过联系手掌及每个手指，协调他们的动作，能让他们在目标范围内，牢牢的抓住物体。每个巴雷特机械手爪的三根手指都是由三个独立伺服电机控制，如图6

9、所示。除了F1手指和F2手指的伸展动作，都是由伺服电动机驱动，F1、F2、F3三个手指的内外部的机械结构都是用一样的较链连接的。三个手爪的每个马达都必须驱动两个关节轴。通过专用通道来控制扭矩,扭矩控制器如图7所示，这些关节的作用是能让爪子在抓东西时更安全。如图8所示，当手爪第一次接触物体时，需要传递简单的扭矩，确定他们的接合处，关闭电机电流，并等待手抓内部的微处理器发出进一步的指示命令。但是，当扭矩控制器如图9所示时，为使安全和控制，扭矩控制机制第一次接触物体时，用事先设置好的扭矩的上限值，再次确定物体螺纹的联系，并当手爪第二次接触时，在一毫秒之内更改第一次接触时的所有扭矩信息。接触顺序快速确

10、定，没有高速摄像机的帮助下你将无法想象其中的过程。当机械手爪放开被抓对象时，它会让扭矩控制器对每个手爪的扭矩的上限值进行设定，而可控扭矩可以让机械的停止的爪子再一次打开。当扭矩达到最高，那就是它的上限。这样的话，机械手爪就有一个可抓起物体重量的准确范围。与传统的机械手爪不同，这种手抓里的连接，容许每个手指的两个一致的独立接触点来稳固的抓住物体的表面。不管位置，速度，加速度，还是扭矩，都可以通过所有17,500种型号的编码器进行控制处理。当速度和加速度设置为最大时，每个手指可以在不到一秒钟的时间内向任何一个的方向上进行运动。通过测量，每个手指都能够迅速的产生2公斤的力。一旦确定稳定的抓住物体时，

11、则链接将自动锁定，并关掉电机，这样可以节省电源，直到需要重新调整或者放开物体时，电机会自动打开。虽然手抓的张开与收缩是拟人化，但如图10所示，清楚的显示了机器的非拟人化。机器伸展的动作非常近似于灵长类动物的手指（拇指）的动作，但是又不能替代，巴雷特机械手爪还有一种类似的手爪，整个手爪可以旋转180度，手指中心对称且平行于连接轴，是一种可以抓住各种夹具形状的多功能手爪。在1/2秒内可控制的机器在3000位置中任意伸展。不同的是机械锁定了手爪伸缩的运动，使伸缩运动变回了可驱动状态，允许其控制手爪的位置，速度，加速度和扭矩。通过允许手爪的伸缩运动，使手指紧密的感应物体，机械手爪的主要目的是找到一个接

12、触面积最大的同时耗能又是最小的地方。电子和机械的优化可编程机器人智能灵巧的控制是成功的关键，不论是控制机械手臂，自动引导工具，还是机械手爪。虽然智能机器人驱动电机控的制通常是与处理器相关联，很多生物系统，包括人类的手，一定程度上是通过大脑控制来处理一些反馈上来的独立信号。实际上，巴雷特机械手爪通过结合现实世界中生物的灵活动作，制作了一个机械程度相当高的智能可编程微处理器，来处理反馈的信号。通过严格的数学定义，要求关节轴通过智能电机的控制，使每一个独立关节都能非常灵活。如果想让机器人变得灵活，至少需要N个独立的伺服电机，有时会多达N+1个或者2N个，每个关节轴都需要驱动器控制。能让机器人灵活的最

13、重要的组成是伺服电机，可惜的是，这个家伙非常大，非常复杂，同时也是非常昂贵的。所以，理想中的想法可能是美好的，但放到现实中确实一个不切实际的设计。根据定义，灵活的既不是你的手，也不是巴雷特机械手爪。当然，其本身的良好定义是多功能的。其次，如果严格的定义巴雷特机械手爪的灵活性,它需要八至16个马达，使过于笨重的，复杂的，和不牢固的机械手变得灵活起来，但实际应用起来却并非如此。但是，通过利用四个智能的联合耦合机制，仅需要4个伺服电机基本上就可以让巴雷特机械手爪变得灵活起来。在某些情况下反射控制甚至比刻意控制要好。基于对自身有两个例子可以说明这一点。假设你的手不小心摸了非常烫的表面，它本能的会立刻回

14、缩,通过条件反射来弥补主观控制。如果没有这种反射行为，你的手将边燃烧边等待疼痛的感觉通过神经纤维缓慢的从你的手传送到到你的大脑，然后你的大脑通过相同的神经纤维缓慢的指挥你的手臂，手腕，手指的肌肉收缩。至于第二个例子，试着动食指的某一个关节而不出动其他关节。如果你还是正常人的话，你将不能完成，因为你的手的关节是联系在一起的。你的肌肉和肌腱为了精简而失去了某些灵活的功能。巴雷特机械手爪承诺，微处理器和机械智能集成的功能设计将满足智能灵活的要求。电子控制在巴雷特机械手爪中，包含了中央监控微处理器，协调四个专门的运动控制微处理器通过RS232线进行对I/O的控制。在图4所示部分控制电路是在70针底板上

15、建立并运行的。每个控制微处理器都是传感器电子进行相关的运动，电机换向电子和电机功率，手指或扩散的动作电流放大器的电子产品。微处理器通过I/O命令监视高速通过的信息，通过行业标准的RS232串行通信连接到PC的工作单元或控制器进行通讯。机器人的兼容性允许使用任何RS232控制器，只有8毫米直径的电缆同时对所有电力和通信进行限制。通过使用公开出版的机械手爪通讯语言（G1S）优化了通信速度、带宽和所需要的时间，并处理了机械手爪遇到特殊情况所出现的延迟问题。重要的是要认识到，机械手爪一般在工作周期中是最活跃的，而其执行手臂运动，手臂在一个估计的轨迹两端活动时所用时间是最短的。当然机械臂在整个周期需要高

16、控制带宽，机械手抓就有足够的时间接受安装信息，因为它所接近的目标比较大。然后，用精确定时的控制器发布一个“触发器”命令，如ASCH字符“C”，在几个毫秒内开始执行。机械手爪的控制语言（GC1）该机械手爪可以传达和接受任何机器人的工作控制器命令，个人电脑，苹果机，UNIXbox,甚至是通过标准的ASe11RS232-C的掌上电脑进行串行通信他们都有共同的通信协议。虽然强大,相比USB或火线的标准，RS232有一个慢速带宽的说法，但其的简单导致了数据有一个短时间的小延迟。通过简化GC1,我们已经实现了只需要以毫秒为单位就可以执行和反馈一个命令（从控制器传输到机械手爪，然后再传回控制器）。通过最初的努力，建立了一个高度优化的机械手爪语言，这样的标准基础协议意味着GC1的行业标准兼容协议的未来是美好的。该机械手抓有两种控制模式：监管模式和即时模式。监督是通过正常的模式来控制机械手爪。它是通过一个简单的指挥体系，为了实现最佳的