機(jī)械手設(shè)計(jì)英文參考文獻(xiàn)原文翻譯

翻譯人：王墨墨山東科技大學(xué)文獻(xiàn)題目：AutomatedCalibrationofRobotCoordinatesforReconfigurableAssemblySystems翻譯正文如下：針對(duì)可重構(gòu)裝配系統(tǒng)的機(jī)器人協(xié)調(diào)性的自動(dòng)校準(zhǔn)T.艾利，Y.米達(dá)，H.菊地，M.雪松日本東京大學(xué)，機(jī)械研究院，精密工程部摘要為了實(shí)現(xiàn)流水工作線更高的可重構(gòu)性，以必要設(shè)備如機(jī)器人的快速插入插出為研究目的。當(dāng)一種新的設(shè)備被裝配到流水工作線時(shí)，應(yīng)使其具備校準(zhǔn)系統(tǒng)。該研究使用兩臺(tái)電荷耦合攝像機(jī)，基于直接線性變換法，致力于研究一種相對(duì)位置/相對(duì)方位的自動(dòng)化校準(zhǔn)系統(tǒng)。攝像機(jī)被隨機(jī)放置，然后對(duì)每一個(gè)機(jī)械手執(zhí)行一組動(dòng)作。通過(guò)攝像機(jī)檢測(cè)機(jī)械手動(dòng)作，就能捕捉到兩臺(tái)機(jī)器人的相對(duì)位置。最佳的結(jié)果精度為均方根值0.16毫米。關(guān)鍵詞：裝配，校準(zhǔn)，機(jī)器人1介紹21世紀(jì)新的制造系統(tǒng)需要具備新的生產(chǎn)能力，如可重用性，可拓展性，敏捷性以及可重構(gòu)性[1]。系統(tǒng)配置的低成本轉(zhuǎn)變，能夠使系統(tǒng)應(yīng)對(duì)可預(yù)見(jiàn)的以及不可預(yù)見(jiàn)的市場(chǎng)波動(dòng)。關(guān)于組裝系統(tǒng)，許多研究者提出了分散的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)性[2][3]。他們中的大多數(shù)都是基于主體的系統(tǒng)，主體逐一協(xié)同以建立一種新的配置。然而，協(xié)同只是目的的一部分。在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)系統(tǒng)中，例如工作空間這類物理問(wèn)題應(yīng)當(dāng)被有效解決。為了實(shí)現(xiàn)更高的可重構(gòu)性，一些研究人員不顧昂貴的造價(jià)，開(kāi)發(fā)出了特殊的均勻單元[4][5][6]。作者為裝配單元提出了一種自律分散型機(jī)器人系統(tǒng)，包含多樣化的傳統(tǒng)設(shè)備[7][8]。該系統(tǒng)可以從一個(gè)系統(tǒng)添加/刪除裝配設(shè)備，亦或是添加/刪除裝配設(shè)備到另一個(gè)系統(tǒng)；它通過(guò)協(xié)同作用，合理地解決了工作空間的沖突問(wèn)題。我們可以把該功能稱為“插入與生產(chǎn)”。表1：合作所需的調(diào)節(jié)和量度標(biāo)準(zhǔn)例子任務(wù)標(biāo)準(zhǔn)人物，工具，語(yǔ)言方面的知識(shí)報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)草案，結(jié)果幾何標(biāo)準(zhǔn)地圖，坐標(biāo)系統(tǒng)，機(jī)械功能/尺寸物理標(biāo)準(zhǔn)單元和方向（力，速度，電勢(shì)等），時(shí)間在重構(gòu)過(guò)程中，校準(zhǔn)的裝配機(jī)器人是非常重要的。這是因?yàn)椋枰盟鼈儊?lái)測(cè)量相關(guān)主體的特征，以便在物理主體之間建立良好的協(xié)作關(guān)系。這一調(diào)整必須要達(dá)到表1中所列到的多種標(biāo)準(zhǔn)要求。受力單元和方向的調(diào)整是不可避免的，以便使良好的協(xié)同控制得以實(shí)現(xiàn)。從幾何標(biāo)準(zhǔn)上看，位置校準(zhǔn)是最基本的部分。一般來(lái)說(shuō)，校準(zhǔn)被理解為“絕對(duì)”，即，關(guān)于特定的領(lǐng)域框架；或者“相對(duì)”，即，關(guān)于另一個(gè)機(jī)器人的基本框架。后者被稱為“機(jī)器人之間的校準(zhǔn)”。個(gè)體機(jī)器人的校準(zhǔn)已被廣泛研究過(guò)了。例如，運(yùn)動(dòng)參數(shù)的識(shí)別就非常受歡迎。然而，很少有對(duì)機(jī)器人之間校準(zhǔn)的研究。玉木等人是用一種基于標(biāo)記的方法，在一個(gè)可重構(gòu)的裝配單元內(nèi)，校準(zhǔn)機(jī)器人桌子和移動(dòng)機(jī)械手之間的相互位置/方向聯(lián)系。波尼茲和夏發(fā)表了一種校準(zhǔn)方法。該方法通過(guò)兩個(gè)機(jī)械手的機(jī)械接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)非常耗時(shí)，并要求特別小心地操作。在本文中，我們針對(duì)圖1中所示的可重構(gòu)裝配系統(tǒng)，提出了一種自動(dòng)校準(zhǔn)方法。在該系統(tǒng)中，一個(gè)機(jī)器人工作時(shí)，另一個(gè)額外機(jī)器人可以輕松插入并開(kāi)始工作。系統(tǒng)中安裝了兩臺(tái)攝像機(jī)，作為快速簡(jiǎn)單設(shè)備。該方案是為整體裝配單元而開(kāi)發(fā)，在協(xié)調(diào)系統(tǒng)中也具有更加廣泛的應(yīng)用。圖1：重新配置裝配系統(tǒng)在第2節(jié)中，將介紹一種攝像機(jī)的算法問(wèn)題。第3節(jié)研究校準(zhǔn)。在第4、5節(jié)中，我們討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其應(yīng)用。第6節(jié)為總結(jié)。2直接線性變換我們的校準(zhǔn)方法是基于實(shí)體坐標(biāo)的3D重建技術(shù)，這些實(shí)體正是通過(guò)直接線性代數(shù)變換方法，從攝像機(jī)圖像中變換而來(lái)的[10]。盡管很多精心制作的研究方法可以作為代替，例如蔡的那種研究方法[11]，但是直接線性變換法更加簡(jiǎn)單，也能充分實(shí)現(xiàn)我們所需要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。假設(shè)兩個(gè)攝像頭觀察同一個(gè)對(duì)象，我們就可以分別用，通過(guò)每臺(tái)攝像機(jī)i（i=1,2）的影像平面來(lái)表示實(shí)體的位置。直接線性變換公式如下：式中，表示參考系中對(duì)象的位置；如果J值收斂于一點(diǎn)，就停止迭代。否則，返回到步驟2。注意，通過(guò)以上程序，J有可能不會(huì)收斂于總體最優(yōu)值，但它卻提供了一個(gè)通過(guò)微量估計(jì)達(dá)到足夠精度度的最佳方法。4校準(zhǔn)方面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果4.1實(shí)驗(yàn)裝置我們建立了一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，由兩套六自由度機(jī)械手和兩個(gè)由如圖2所示的單色電荷耦合攝像機(jī)組成。每個(gè)機(jī)械手的手臂上都安裝了一個(gè)發(fā)光二極管，用來(lái)作為校準(zhǔn)的標(biāo)記。兩臺(tái)機(jī)械手都有的重復(fù)精度。每臺(tái)電荷耦合攝像機(jī)具有640*416的像素分辨率。圖2試驗(yàn)設(shè)備4.2準(zhǔn)確度方面的結(jié)果當(dāng)一個(gè)新的機(jī)器人安裝好后，轉(zhuǎn)換的精度取決于我們的校準(zhǔn)方法。攝像機(jī)的布置說(shuō)明詳見(jiàn)圖3。兩個(gè)機(jī)器人依次在校準(zhǔn)空間內(nèi)移動(dòng)。注意，攝像機(jī)應(yīng)放置在任何可以捕獲到發(fā)光二極管標(biāo)記的地方。圖3：實(shí)驗(yàn)中的攝像機(jī)布置（a）較大的校準(zhǔn)空間（200[mm]維度空間）（b）較小的校準(zhǔn)空間（100[mm]維度空間）圖4：校準(zhǔn)精度兩個(gè)校準(zhǔn)空間被用于不同尺寸的維度內(nèi)：一個(gè)200mm的多維數(shù)據(jù)集和一個(gè)100mm的多維數(shù)據(jù)集。這是為了審核空間大小對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)誤差的影響。發(fā)光二極管標(biāo)記的位置被抽樣作為控制點(diǎn)，分布在每個(gè)維度內(nèi)的2*2*2到5*5*5的坐標(biāo)格網(wǎng)點(diǎn)內(nèi)。校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性可用以下的誤差指數(shù)來(lái)評(píng)估：（7）（8）通過(guò)校準(zhǔn)中測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出的和是“明顯的”校準(zhǔn)誤差。這就意味著，校準(zhǔn)誤差只有在校準(zhǔn)進(jìn)程內(nèi)用坐標(biāo)網(wǎng)格點(diǎn)才可以評(píng)估。然而，由于我們需要校準(zhǔn)空間內(nèi)的相等的內(nèi)插點(diǎn)，我們用（9）（10）來(lái)求出大量點(diǎn)和點(diǎn)的值。因此，在機(jī)器人的實(shí)際操作中，和更接近誤差。在該實(shí)驗(yàn)中，我們用5*5*5的坐標(biāo)網(wǎng)格點(diǎn)中的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出和。注意，當(dāng)如圖4中的時(shí)，和就分別等于和。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。在狹小的校準(zhǔn)空間內(nèi)，校準(zhǔn)誤差更小。增加控制點(diǎn)的數(shù)量增加將減小，但會(huì)讓校準(zhǔn)時(shí)間變長(zhǎng)。在當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)時(shí)，大概需要兩分鐘來(lái)完成校準(zhǔn)；而當(dāng)時(shí)，則大概需要十分鐘。實(shí)現(xiàn)精度在較大的校準(zhǔn)空間內(nèi)大約為0.33mm，在較小的校準(zhǔn)空間內(nèi)大約為0.16mm。這些值當(dāng)然要比重復(fù)精度要大得多。前者代表“絕對(duì)精度”，被公認(rèn)為是大約平均5到10倍的重復(fù)精度。我們也將這一精度與文獻(xiàn)的精度相比較；壯等人[12]使用協(xié)調(diào)測(cè)量?jī)x使機(jī)械手定位精度達(dá)到0.6mm；波尼茲[9]在最大應(yīng)用接觸力的基礎(chǔ)上達(dá)到了0.3mm的精度。因此，即使我們使用的是普通攝像機(jī)，我們的方法達(dá)到的精度也相對(duì)較高。這足以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人之間的操作，例如交接一個(gè)零件（圖5）。圖5：校準(zhǔn)之后的交接實(shí)驗(yàn)以下方法將進(jìn)一步提高校準(zhǔn)精度：個(gè)體機(jī)器人的校準(zhǔn)（比如，它們的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的識(shí)別）；使用更多的各項(xiàng)同性標(biāo)記；使用更高分辨率的攝像機(jī)。5自動(dòng)校準(zhǔn)的插入與生產(chǎn)“插入與生產(chǎn)”一詞，是表示該功能的通用名稱，該功能使制造系統(tǒng)[7][8]的可重構(gòu)性成為可能。作者已經(jīng)編寫(xiě)了“插入與生產(chǎn)”的基本程序?，F(xiàn)在，我們定義一種新的程序，用我們的校準(zhǔn)方法，在裝配系統(tǒng)內(nèi)安裝一個(gè)新的機(jī)器人。一個(gè)新的機(jī)器人的插入過(guò)程應(yīng)當(dāng)按照如下步驟執(zhí)行：一名人工操作員請(qǐng)求允許在裝配單元內(nèi)安裝一個(gè)新的機(jī)器人。如果允許，操作員將機(jī)器人放置到裝配單元內(nèi)。機(jī)器人向所有的現(xiàn)有裝配機(jī)器人發(fā)布自己的信息，這些信息包括其活動(dòng)空間和大體位置。這些可以由人工操作員來(lái)完成。每一個(gè)現(xiàn)有機(jī)器人，有可能是新機(jī)器人的友鄰機(jī)器人，測(cè)量它與新的機(jī)器人之間操作的大體位置。該新機(jī)器人和每一個(gè)友鄰候選機(jī)器人在大體的測(cè)量位置周?chē)鷪?zhí)行自動(dòng)校準(zhǔn)程序，該程序如前文第三節(jié)所述。執(zhí)行完所有的校準(zhǔn)之后，新的機(jī)器人進(jìn)行裝配操作。以上所有的程序可以通過(guò)機(jī)器人之間的協(xié)調(diào)來(lái)完成。插件程序完成后，包括新機(jī)器人在內(nèi)的所有機(jī)器人通過(guò)協(xié)調(diào)，分別進(jìn)行裝配。協(xié)調(diào)進(jìn)程具體細(xì)節(jié)見(jiàn)[8]。6總結(jié)本文針對(duì)裝配系統(tǒng)的可重構(gòu)性，提出了一種自動(dòng)校準(zhǔn)的方法。兩個(gè)機(jī)器人基礎(chǔ)構(gòu)架之間的轉(zhuǎn)換由兩臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)，攝像機(jī)的放置要求精度不高。在本文中，我們闡明了以下問(wèn)題：每一個(gè)機(jī)器人的基礎(chǔ)構(gòu)建由兩臺(tái)攝像機(jī)以及機(jī)器人上的發(fā)光二極管標(biāo)記來(lái)校準(zhǔn)。攝像機(jī)定位和機(jī)器人定位使得校準(zhǔn)工作整體上得以實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)中的校準(zhǔn)誤差是0.2-0.6mm，與其他研究相比，該精度相對(duì)較高。校準(zhǔn)工作在2到5分鐘之內(nèi)完成，因此它符合“插入與生產(chǎn)”的概念。我們編寫(xiě)了一個(gè)程序，在插入與生產(chǎn)框架的裝配單元內(nèi)安裝一臺(tái)機(jī)器人。該方法將提高裝配系統(tǒng)的可重構(gòu)性。7致謝該研究得到了國(guó)際研究項(xiàng)目“智能制造系統(tǒng)/子整體制造系統(tǒng)”的支持。作者向子整體制作系統(tǒng)項(xiàng)目的所有成員致謝。8參考文獻(xiàn)[1]科倫，Y.等.，1999，可重構(gòu)性制造系統(tǒng)，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)年報(bào)，48/2:527-540。[2]瓦肯尼斯，P.等，1995，柔性裝配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，規(guī)劃及控制，工業(yè)計(jì)算機(jī)，26/3:209-218。[3]塞利格，G，庫(kù)茲菲特，D，1999，裝配控制基于主體的方式，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)年報(bào)，48/1:21-24。[4]玉木，K.等，1993，使用可移動(dòng)電荷耦合機(jī)器人的可重構(gòu)裝配中心，第24屆工業(yè)機(jī)器人基本理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集，119-126。[5]空斗，S.等，1998，環(huán)保類高級(jí)單元機(jī)器人的發(fā)展，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)年報(bào)，47/1:381-384。[6]哈奈，M.等，1999，針對(duì)市場(chǎng)的不確定性而采取的一種新的自主制造系統(tǒng)美國(guó)物理協(xié)會(huì)：適應(yīng)性生產(chǎn)系統(tǒng)，第二屆智能制造系統(tǒng)國(guó)際研討會(huì)論文集，15-22。[7]新井，T.等，2000，依靠“插入和生產(chǎn)”的敏捷裝配系統(tǒng)，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)年報(bào)，49/1:1-4。[8]新井，T.等，2001，使用插入與生產(chǎn)的自律分散型裝配系統(tǒng)，工業(yè)計(jì)算機(jī)，46/3:289-299。[9]波尼茲，R.G.，夏，T.C.，1997，多機(jī)械手機(jī)器系統(tǒng)的校準(zhǔn)，電氣與電子工程師協(xié)會(huì)機(jī)器人學(xué)與自動(dòng)化雜志，1997/三月刊：18-