機械手設計英文參考文獻原文翻譯

翻譯人：王墨墨山東科技大學文獻題目：AutomatedCalibrationofRobotCoordinatesforReconfigurableAssemblySystems翻譯正文如下：針對可重構裝配系統(tǒng)的機器人協(xié)調性的自動校準T.艾利，Y.米達，H.菊地，M.雪松日本東京大學，機械研究院，精密工程部摘要為了實現(xiàn)流水工作線更高的可重構性，以必要設備如機器人的快速插入插出為研究目的。當一種新的設備被裝配到流水工作線時，應使其具備校準系統(tǒng)。該研究使用兩臺電荷耦合攝像機，基于直接線性變換法，致力于研究一種相對位置/相對方位的自動化校準系統(tǒng)。攝像機被隨機放置，然后對每一個機械手執(zhí)行一組動作。通過攝像機檢測機械手動作，就能捕捉到兩臺機器人的相對位置。最佳的結果精度為均方根值0.16毫米。關鍵詞：裝配，校準，機器人1介紹21世紀新的制造系統(tǒng)需要具備新的生產(chǎn)能力，如可重用性，可拓展性，敏捷性以及可重構性[1]。系統(tǒng)配置的低成本轉變，能夠使系統(tǒng)應對可預見的以及不可預見的市場波動。關于組裝系統(tǒng)，許多研究者提出了分散的方法來實現(xiàn)可重構性[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)實生產(chǎn)系統(tǒng)中，例如工作空間這類物理問題應當被有效解決。為了實現(xiàn)更高的可重構性，一些研究人員不顧昂貴的造價，開發(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器人系統(tǒng)，包含多樣化的傳統(tǒng)設備[7][8]。該系統(tǒng)可以從一個系統(tǒng)添加/刪除裝配設備，亦或是添加/刪除裝配設備到另一個系統(tǒng)；它通過協(xié)同作用，合理地解決了工作空間的沖突問題。我們可以把該功能稱為“插入與生產(chǎn)”。表1：合作所需的調節(jié)和量度標準例子任務標準人物，工具，語言方面的知識報告標準草案，結果幾何標準地圖，坐標系統(tǒng)，機械功能/尺寸物理標準單元和方向（力，速度，電勢等），時間在重構過程中，校準的裝配機器人是非常重要的。這是因為，需要用它們來測量相關主體的特征，以便在物理主體之間建立良好的協(xié)作關系。這一調整必須要達到表1中所列到的多種標準要求。受力單元和方向的調整是不可避免的，以便使良好的協(xié)同控制得以實現(xiàn)。從幾何標準上看，位置校準是最基本的部分。一般來說，校準被理解為“絕對”，即，關于特定的領域框架；或者“相對”，即，關于另一個機器人的基本框架。后者被稱為“機器人之間的校準”。個體機器人的校準已被廣泛研究過了。例如，運動參數(shù)的識別就非常受歡迎。然而，很少有對機器人之間校準的研究。玉木等人是用一種基于標記的方法，在一個可重構的裝配單元內，校準機器人桌子和移動機械手之間的相互位置/方向聯(lián)系。波尼茲和夏發(fā)表了一種校準方法。該方法通過兩個機械手的機械接觸來實現(xiàn)，實驗非常耗時，并要求特別小心地操作。在本文中，我們針對圖1中所示的可重構裝配系統(tǒng)，提出了一種自動校準方法。在該系統(tǒng)中，一個機器人工作時，另一個額外機器人可以輕松插入并開始工作。系統(tǒng)中安裝了兩臺攝像機，作為快速簡單設備。該方案是為整體裝配單元而開發(fā)，在協(xié)調系統(tǒng)中也具有更加廣泛的應用。圖1：重新配置裝配系統(tǒng)在第2節(jié)中，將介紹一種攝像機的算法問題。第3節(jié)研究校準。在第4、5節(jié)中，我們討論實驗結果及其應用。第6節(jié)為總結。2直接線性變換我們的校準方法是基于實體坐標的3D重建技術，這些實體正是通過直接線性代數(shù)變換方法，從攝像機圖像中變換而來的[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單，也能充分實現(xiàn)我們所需要的實驗結果。假設兩個攝像頭觀察同一個對象，我們就可以分別用，通過每臺攝像機i（i=1,2）的影像平面來表示實體的位置。直接線性變換公式如下：式中，表示參考系中對象的位置；如果J值收斂于一點，就停止迭代。否則，返回到步驟2。注意，通過以上程序，J有可能不會收斂于總體最優(yōu)值，但它卻提供了一個通過微量估計達到足夠精度度的最佳方法。4校準方面的實驗結果4.1實驗裝置我們建立了一個實驗裝置，由兩套六自由度機械手和兩個由如圖2所示的單色電荷耦合攝像機組成。每個機械手的手臂上都安裝了一個發(fā)光二極管，用來作為校準的標記。兩臺機械手都有的重復精度。每臺電荷耦合攝像機具有640*416的像素分辨率。圖2試驗設備4.2準確度方面的結果當一個新的機器人安裝好后，轉換的精度取決于我們的校準方法。攝像機的布置說明詳見圖3。兩個機器人依次在校準空間內移動。注意，攝像機應放置在任何可以捕獲到發(fā)光二極管標記的地方。圖3：實驗中的攝像機布置（a）較大的校準空間（200[mm]維度空間）（b）較小的校準空間（100[mm]維度空間）圖4：校準精度兩個校準空間被用于不同尺寸的維度內：一個200mm的多維數(shù)據(jù)集和一個100mm的多維數(shù)據(jù)集。這是為了審核空間大小對于標準誤差的影響。發(fā)光二極管標記的位置被抽樣作為控制點，分布在每個維度內的2*2*2到5*5*5的坐標格網(wǎng)點內。校準的準確性可用以下的誤差指數(shù)來評估：（7）（8）通過校準中測得的數(shù)據(jù)進行計算，得出的和是“明顯的”校準誤差。這就意味著，校準誤差只有在校準進程內用坐標網(wǎng)格點才可以評估。然而，由于我們需要校準空間內的相等的內插點，我們用（9）（10）來求出大量點和點的值。因此，在機器人的實際操作中，和更接近誤差。在該實驗中，我們用5*5*5的坐標網(wǎng)格點中的位置數(shù)據(jù)進行計算，得出和。注意，當如圖4中的時，和就分別等于和。實驗結果如圖4所示。在狹小的校準空間內，校準誤差更小。增加控制點的數(shù)量增加將減小，但會讓校準時間變長。在當前的實驗中，當時，大概需要兩分鐘來完成校準；而當時，則大概需要十分鐘。實現(xiàn)精度在較大的校準空間內大約為0.33mm，在較小的校準空間內大約為0.16mm。這些值當然要比重復精度要大得多。前者代表“絕對精度”，被公認為是大約平均5到10倍的重復精度。我們也將這一精度與文獻的精度相比較；壯等人[12]使用協(xié)調測量儀使機械手定位精度達到0.6mm；波尼茲[9]在最大應用接觸力的基礎上達到了0.3mm的精度。因此，即使我們使用的是普通攝像機，我們的方法達到的精度也相對較高。這足以實現(xiàn)機器人之間的操作，例如交接一個零件（圖5）。圖5：校準之后的交接實驗以下方法將進一步提高校準精度：個體機器人的校準（比如，它們的運動參數(shù)的識別）；使用更多的各項同性標記；使用更高分辨率的攝像機。5自動校準的插入與生產(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]的可重構性成為可能。作者已經(jīng)編寫了“插入與生產(chǎn)”的基本程序?，F(xiàn)在，我們定義一種新的程序，用我們的校準方法，在裝配系統(tǒng)內安裝一個新的機器人。一個新的機器人的插入過程應當按照如下步驟執(zhí)行：一名人工操作員請求允許在裝配單元內安裝一個新的機器人。如果允許，操作員將機器人放置到裝配單元內。機器人向所有的現(xiàn)有裝配機器人發(fā)布自己的信息，這些信息包括其活動空間和大體位置。這些可以由人工操作員來完成。每一個現(xiàn)有機器人，有可能是新機器人的友鄰機器人，測量它與新的機器人之間操作的大體位置。該新機器人和每一個友鄰候選機器人在大體的測量位置周圍執(zhí)行自動校準程序，該程序如前文第三節(jié)所述。執(zhí)行完所有的校準之后，新的機器人進行裝配操作。以上所有的程序可以通過機器人之間的協(xié)調來完成。插件程序完成后，包括新機器人在內的所有機器人通過協(xié)調，分別進行裝配。協(xié)調進程具體細節(jié)見[8]。6總結本文針對裝配系統(tǒng)的可重構性，提出了一種自動校準的方法。兩個機器人基礎構架之間的轉換由兩臺攝像機進行校準，攝像機的放置要求精度不高。在本文中，我們闡明了以下問題：每一個機器人的基礎構建由兩臺攝像機以及機器人上的發(fā)光二極管標記來校準。攝像機定位和機器人定位使得校準工作整體上得以實現(xiàn)。實驗中的校準誤差是0.2-0.6mm，與其他研究相比，該精度相對較高。校準工作在2到5分鐘之內完成，因此它符合“插入與生產(chǎn)”的概念。我們編寫了一個程序，在插入與生產(chǎn)框架的裝配單元內安裝一臺機器人。該方法將提高裝配系統(tǒng)的可重構性。7致謝該研究得到了國際研究項目“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)項目的所有成員致謝。8參考文獻[1]科倫，Y.等.，1999，可重構性制造系統(tǒng)，國際生產(chǎn)工程學會年報，48/2:527-540。[2]瓦肯尼斯，P.等，1995，柔性裝配系統(tǒng)的設計，規(guī)劃及控制，工業(yè)計算機，26/3:209-218。[3]塞利格，G，庫茲菲特，D，1999，裝配控制基于主體的方式，國際生產(chǎn)工程學會年報，48/1:21-24。[4]玉木，K.等，1993，使用可移動電荷耦合機器人的可重構裝配中心，第24屆工業(yè)機器人基本理論及應用學術討論會論文集，119-126。[5]空斗，S.等，1998，環(huán)保類高級單元機器人的發(fā)展，國際生產(chǎn)工程學會年報，47/1:381-384。[6]哈奈，M.等，1999，針對市場的不確定性而采取的一種新的自主制造系統(tǒng)美國物理協(xié)會：適應性生產(chǎn)系統(tǒng)，第二屆智能制造系統(tǒng)國際研討會論文集，15-22。[7]新井，T.等，2000，依靠“插入和生產(chǎn)”的敏捷裝配系統(tǒng)，國際生產(chǎn)工程學會年報，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)計算機，46/3:289-299。[9]波尼茲，R.G.，夏，T.C.，1997，多機械手機器系統(tǒng)的校準，電氣與電子工程師協(xié)會機器人學與自動化雜志，1997/三月刊：18-