自行式集装箱搬运装卸机器人液压系统设计外文翻译资料

 2022-03-21 09:03

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2018年3月13日

3.1系统建设

3.1.1概念设计

3.1.1.1发展目标

COMET-IV旨在满足以下性能目标：

1.以1公里/小时的速度移动。

2.能够谈判向上或向下的阶层差异，步骤高度是1米还是斜坡是20°？ 。

3.能够在任何方向上移动（包括侧身和对角线）。移动能力的这些方面对于实际的实现至关重要，一辆机车机器人，开发了具有这些功能的新型号;但是，构建一个包装时，还必须遵守以下规格用于危险操作的室外辅助机器人

4.中型户外机器人的重量不得超过1.5吨，并且能够运输机架上的2吨负载。必须对有害物质具有抵抗力，并能处理未预料到的事故聪明的方式。

6.必须能够长时间连续运行。满足上述性能的危险作业机器人准则将被建立。但是，这个机器人不一定是一个扩展COMET-III。因此，在确定COMET-IV的移动类型之后，其概念设计被考虑了，诸如电源，驱动等因素系统和腿机制如下选择。

3.1.1.2运动机构类型

可以想象各种类型的运动机制。但是，他们可以就其在环境中的移动而言，大致分为四类地面是坚实的。这些如下：

bull;轮式

bull;履带式

bull;腿型

bull;特殊类型（如树干类型或混合类型）

液压驱动六足机器人COMET-IV的设计和优化轮式机构具有超过其他类型的特点优势运动机制，例如它允许在高位稳定运动速度，展现高水平的能源效率，简单易控，并且可以融入已经存在的丰富的汽车技术建成。轮式机构的限制是它仅限于移动在平坦的路面上;然而，当一定数量的水平差异或步骤存在，可以通过给轮子增加一定的自由度来启用旅行机制。履带式机器人也被称为履带式机器人。最显着的特点一个履带式机器人的特点是它的多个轮子不直接接触到因为它们被包裹在圆形的履带上。它可以运作在各种地形条件下，因为履带履带缓解了影响路面不平整。履带式机器人对地面的压力较小表面比轮式机器人，因为它们有大面积的接触地面;此外，履带式机器人具有较强的表面抓地力。其他优点他们是非常有能力在路面上行驶，并且可以在某种程度上行驶穿越不平坦的地面，超越高低差异和沟渠。怎么样有史以来，因为轨道地面很大，所以对轨道运动的阻力很高接触补丁，这种类型的机器人会损坏地面，如果它有金属轨道。此外，这种类型的机器人在能量方面逊于轮式机器人效率。上述类型的运动机制都需要这一点机器人与地面之间会持续接触。相反，因为腿式机器人和地面之间的接触点表面是不连续的，这类机器人接触地面的点可以控制;此外，机器人身体的位置和方向可以没有改变这些点就改变了。另外，腿式机器人最高对地形的适应性水平，因为它可以克服水平差异，跨越沟渠，上下楼梯。这些特征给了腿式机器人一个在复杂的运动方面优于轮式和履带式机器人环境。然而，腿式机器人有几个缺点：众多关节的自由度，这种机制比那些更复杂轮式和履带式机器人，难以保持稳定的步态，以及极其困难能源效率差。此外，还有特殊类型的机器人，

类型机器人（蛇形机器人）和由它们组合而成的混合动力车上述机制。对于COMET-III，采用了履带式混合动力设计，其中采用了类型可以根据机器人的使用来选择移动。试图做出以提高运动效率。但是，履带部分的重量是与机器人的总重量成比例相对较高，并且这个重量很大降低了机器人的行走速度。 COMET-IV的目标是设计并建立一个机器人，展现出良好的地形适应性，并能够健全执行危险操作，同时保护自己。因此，我们选择了有腿的机器人机构，并设计成机器人能够适应复杂的地形和进行安全操作，同时避免危险 区域。

3.1系统建设

3.1.1.3腿数

过去曾研究过两条，四条和六条腿的腿式机器人。脚架机器人适合狭窄空间;然而，确保其动态是困难的

稳定性。虽然四足机器人静态稳定，但它们的移动性最差。尽管四足机器人在机械上优于六足机器人，但它们是在移动速度和移动算法方面较差，因为它们不能一次提起多条腿。 Hexapod机器人可以采用不同的步态条件。还有报道证实了六种的实用性腿。这些报告指出，对于一个具有给定尺寸的机器人的机器人，正在增加从四到六的腿数显着提高了稳定性，而更进一步腿数的增加并不能提高稳定性。但是，那从四条腿增加到六条腿使机器人变大。因此有必要考虑机器人的形式因为腿式机器人的特点，它将被使用的环境

取决于腿的数量而变化。 COMET-IV的主要要求是它应该可靠地管理发展中规定的意外事故

目标（5）。相应地，如果由于某一腿发生故障的可能性事故被考虑，多腿设计中固有的冗余是合理的，需用合适。六足设计，可以连续执行稳定的静态行走特别合适。六足设计也可以实现更多种类的步态比四脚设计更容易控制。鉴于六足设计也具有许多其他优点（例如，过去丰富的结果研究可应用于设计过程），六脚架系统被采纳为这个项目。

3.1.1.4电源和驱动系统

COMET-IV旨在成为完全自供电的机器人从事连续的室外操作。因此，它将需要它自己的内置电池或发动机。为了实现高水平的地形适应性（如在发展目标）和高速行走，电池或发动机必须是考虑机器人尺寸的合适尺寸和输出。移动机器人的电源必须参照机器人的形状，尺寸和领域来考虑机器人将被使用。室内机器人使用连接的交流或直流电源电缆或电池。相比之下，户外机器人通常从一个直接的动力中吸取能量汽油或柴油发动机。机器人中使用的三种主要驱动系统是电动的，气动的和液压的。使用引擎允许使用液压驱动器 - 发动机驱动发电机并使用发电操作液压泵。因此，决定采用液压驱动系统（在三个驱动系统中具有最高的输出重量比类型并且可以产生高输出水平）将被使用。一个发动机作为电源将以间接方式驱动该系统。

3.1.2整体机械系统设计

在概念设计完成之后，整个机械系统就完成了实际的机器人被设计。 COMET-IV使用的示意图DADS，一个机械分析软件应用程序和机器人尺寸如图1和2所示。 3.2和3.3，分别。开发规范表3.1列出了COMET-IV与COMET-III的比较。硬件布局图如图3.4所示。目标是确保这一点COMET-IV是一个完全独立的机器人。为此，COMET-IV是配备汽油发动机作为动力源和发电机为电子系统（如车载电脑）供电。发动机也操作可变排量液压泵，将其连接到该液压泵直。下面介绍COMET-IV的功能。

1.使用轻质高强度外壳的重量低于1.5吨

框架结构

使用具有高度刚性的SUS304不锈钢COMET-III机构的主要结构材料。但是，因为身体上部开阔，强度低，容易发生形变。因此，采用了图3.2所示的框架结构

因为需要封闭的盒状结构来达到所需的强度和健壮性。这种封闭的盒状结构与硬壳式结构相似结构用于车身，它由铝合金构成比SUS304轻得多。因此，新设计非常重要，轻得轻。将机器人构建成可能的尺寸也很重要在2吨卡车上运输。图3.1液压行走机器人。 （a）适应性悬挂车辆，（b）步行森林机器，（c）TITAN-XI

2.使用可变排量液压系统构建负载感应系统泵和一个控制阀负载传感系统是一个包含节能电路的系统通过调节压力和流量来降低能耗按照负载。该系统基于流量原理通过孔口。负载敏感阀（或LS调节器）用于检测穿过孔口的压降;这个差值被转换成反馈信号;这个信号用于控制泵的排放速率和压力即使在负载变化的情况下，也能保持孔口的压降不变。对于COMET-IV，我们采用了一种控制方案，

排量液压泵和控制阀。一个可变位移Bosch Rexroth制造的斜盘泵和PSV比例由Hawe制造的控制阀（与之相同类型的控制阀）用于COMET-III）。控制阀的最大流量控制率是80升/分钟。因此，该系统旨在尽量减少能源损失使用负载压力反馈和变量的压力和流量条款泵，能够显着节能并适用于户外机器人。

3.采用允许发动机和液压的分布式控制系统

系统独立控制两组三（左和右）COMET-IV配备了富士重工制造的两台罗宾发动机（22.7 ps，3,600 rpm），输出功率比COMET-III高2.7倍。COMET-IV具有更高的可靠性和耐久性，具有a分布式自治系统，允许其发动机和液压系统独立控制两组三个腿（左侧和右侧）机器人）。因此，在发生紧急情况时，如果任一控制系统其他功能系统将自动接管，因此机器人仍然可以走路。如上所述，一个高效率的系统能源使用条款的构建目的是允许至少4小时连续操作。

4.用于危险操作的机载手臂和抓手

COMET-IV的机器人前部安装了危险操作臂和抓手使其能够支持危险操作。 最初，有人建议目前正在开发的六轴液压多功能手臂，由研究小组操作，或市售电子手或手臂将被用作机器人手臂。 这使机器人可以用于危险诸如地雷检测和清除等操作。

5.搭建一个内置的远程操作控制系统

无线单元利用现有技术，危险作业支持机器人只能是半自治。 简单的步行任务，如避免障碍将是在COMET-IV中自动执行; 然而，它将被一个歌剧可以在监视器上查看机器人的人。 因此，这个系统将涉及建立一个远程操作控制系统，内置一个内置的由西门子制造的Scalance无线单元和通信通道主机与安装在机器人上的目标PC之间。COMET-IV的驱动系统如图3.5所示。 致动原理如下：发电机由汽油发动机驱动并供电

驱动控制系统; 同时，发动机驱动可变排量

图3.5 COMET-IV的控制系统

第6章

基于力的运动控制

六足机器人

摘要作为运动控制类别的一部分， 1，强制和阻抗控制在腿式/步行机器人行走在非结构化方面起主要作用，图形或不平坦的地形。凭借主动悬架配置（脚），强大的作用的腿式/步行机器人设计能够穿过任何不平坦的地形只要障碍没有达到其最大或最小总体高度，如果比较轮式机器人。因此，力或阻抗控制是

需要在每条腿上做出动态的反应，以识别不同的情况地形的高度或地形上的突然变化。而且，这个控制是

在视觉系统无法识别的隐藏区域非常关键预扫描和定位。

6.1液压驱动的基于位置的力控制

在崎岖地形上行走的六足机器人

6.1.1案例研究：液压驱动的六足机器人

走在崎岖的地形问题上固定轨迹运动不适用于COMET-IV或任何液压系统，驱动六足机器人在崎岖地形上行走/操作[1]。如在第一章讨论。 5，ETT被设计为每个机器人腿的预感追踪步行期间阶梯地形的当前水平。然而，在机器人系统中单独应用ETT模块属于其他问题，其中包括导致身体水平倾斜，这种情况称为力量冗余，并导致机器人身体的姿态角度不稳定（roll（phi;）和）间距（empty;）），如图6.1a所示。另一方面，如果固定轨迹运动应用于在机器人上行走的机器人

图6.1机器人在崎岖地形上行走的焦点案例研究，（a）腿部僵硬超过极限，

（b）腿部悬挂，（c）腿部滑动，（d）腿部悬挂和滑动

当整个机器人系统出现意想不到的振动时，例如在机器人系统中上述情况下，它会自动触发可编程逻辑阀门控制器（PLVC）装置关闭，停止机器人。腿滑如图6.1c所示如果脚踏在地面或坡面上的小于56％，就会发生如图6.2所示，硬岩是潮湿的（打滑）。发生了同样的事情从图6.1d所示的身体侧倾角度的左侧看不安。此外，上述情况不仅会关闭PLVC设备，而且会关闭PLVC设备还会触发ETT模块通过重置机器人的所有腿来执行重置动作到如图6.3所示的站立位置状态。情况的例子在机器人行走时触发复位动作的情况如图6.3所示相关的测量波形如图

6.4所示。这个重置动作是为了由于COMET-IV链接的局限性而导致的安全原因以前确定并应用于研究COMET-IV，如图6.5所示。然而，机器人有可能会翻倒或者甚至倒塌在复位动作被触发时接地;因此，需要考虑什么时候的一个关键点开发控制系统是为了限制动作的发生当机器人在崎岖地形上行走时可能。对于采用液压驱动运动设计的六足机器人，四自由度，配有平衡块和六脚架配置，使其静态在平坦或几乎平坦的地形上行走时稳定，并能应对小的不平坦

图6.2踩踏硬障碍时滑倒的可能性

图6.3机器人在崎岖地形上行走的实时操作中遇到的问题;（a）悬挂和滑倒，（b）重置行动

表面（f10厘米），速度为16秒/周期。 但是，主要目标是开发这种重型六足机器人是为了大规模的操作不平坦的地形，这使ETT成为可能，ETT就是在这里设计的为了区分机器人脚步行时的步进位置，规模不平坦的地形。 正如在Sect。 4.5，单独使用ETT模块是不行的足以稳定这样一个液压驱动的六足机器人，并归因于它参照第二个稳定性标准强制冗余场景在第二部分中概述。4.5。 每当机器人的身体发生这种情况在行走期间由支腿推动（前方）。 如上所述教派。4.5。 F TH = 1 kN设置为每个腿，但F z oeth;tTHORN;的原始反馈响应

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