機(jī)械專業(yè)外文文獻(xiàn)翻譯-外文翻譯機(jī)械手的機(jī)械和控制系統(tǒng)中文版

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本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 題 目 機(jī)械手的機(jī)械和控制系統(tǒng) 姓 名 學(xué) 號(hào) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 職 稱 中國(guó)·武漢 二○○九年 二 月 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯 1 機(jī)械手 的機(jī)械和控制系統(tǒng) 文章來(lái)源 : ? , - 摘要 : 最近 ， 全球內(nèi)帶有多指夾子或手的機(jī)械人系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展起來(lái)了 ， 多種方法應(yīng)用其上 ， 有擬人化的和非擬人化的 。 不僅調(diào)查了這些系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu) ,而且還包括其必要的控制系統(tǒng) 。 如同人手一樣 ，這些機(jī)械人系統(tǒng)可以用它們的手去抓不同的物體 ， 而不用改換夾子 。 這些機(jī)械手具備特殊的運(yùn)動(dòng)能力 （ 比如小質(zhì)量和 小 慣性 ），這使被抓物體在機(jī)械手的工作范圍內(nèi)做更復(fù)雜、更精確的 操作 變得可能。 這些復(fù)雜的操作被抓物體繞任意角度和軸旋轉(zhuǎn)。本文概述了這種機(jī)械手的一般設(shè)計(jì)方法，同時(shí)給出了此類機(jī)械手的一個(gè)示例， 如 卡爾斯魯厄靈巧手Ⅱ。本文末介紹了一些新的構(gòu)想， 如利用液體驅(qū)動(dòng)器為類人型機(jī)器人設(shè)計(jì)一個(gè)全新的機(jī)械手。 關(guān)鍵詞： 多指機(jī)械手；機(jī)器人手；精 操作；機(jī)械系統(tǒng)；控制系統(tǒng) 1. 引 言 2001 年 6 月在德國(guó)卡爾斯魯厄 開(kāi)展 的“人形 機(jī)器人”特別研究，是為了開(kāi)發(fā)在正常環(huán)境（如廚房或客廳）下能夠和人類合作和互動(dòng)的機(jī)器人系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)這些機(jī)器人系統(tǒng)是為了能夠在非專業(yè)、非工業(yè)的條件下（如身處多物之中），幫我們抓取不同尺寸、形狀和重量的物體 。同時(shí)，它們必須能夠很好的操縱被抓物體。 這種極強(qiáng)的靈活性只能通過(guò)一個(gè)適應(yīng)性極強(qiáng)的機(jī)械人手抓系統(tǒng)來(lái)獲得，即 所謂的多指機(jī)械手或機(jī)器人手。 上文提到的研究項(xiàng)目， 就是 要制造 一個(gè)人形機(jī)器人，此機(jī)器人將裝備這種機(jī)器人手系統(tǒng)。這個(gè)新手將由兩個(gè)機(jī)構(gòu)合作制造，它們是卡爾斯魯厄大學(xué)的 程控制和機(jī)器人技術(shù)研究院）和 c（計(jì)算機(jī)應(yīng)用科學(xué)研究院）。這兩個(gè)組織都有 制造此種系統(tǒng)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，但是稍有不同的觀點(diǎn)。 造的 卡爾斯魯厄靈巧手Ⅱ（如圖 1 所示），是一個(gè)四指相互獨(dú)立的 手爪，我們將在此文中詳細(xì)介紹。 造的手（如圖 17 所示）是作為殘疾人的假肢。 圖 卡爾斯魯厄靈巧手Ⅱ 圖 2. 發(fā)的流體手 2. 機(jī)器人手的一般結(jié)構(gòu) 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯 2 一個(gè)機(jī)器人手可以分成兩大主要子系統(tǒng)：機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng) 。 機(jī)械系統(tǒng)又可分為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和傳感系統(tǒng) ， 我們將在第三部分作進(jìn)一步介紹 。 在第四部分介紹的控制系統(tǒng)至少由控制硬件和控制軟件組成。 我們將對(duì) 這 兩大子系統(tǒng)的問(wèn)題作 一番基本 介紹，然后用 卡爾斯魯厄靈巧手Ⅱ 演示一下。 3. 機(jī)械系統(tǒng) 機(jī)械系統(tǒng)將描述這個(gè)手看起來(lái)如何以及由什么元件組成。它決定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、手指的數(shù)量及 使用的材料。此外，還確定驅(qū)動(dòng)器（如電動(dòng)機(jī)）、傳感器（如位置編碼器）的位置。 構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將 對(duì)機(jī)械手的靈活度起 很大的作用，即它能抓取何種類型的物體以及能對(duì)被抓物體進(jìn)行何種操作。設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī) 器人手的時(shí)候，必須確定三個(gè)基本要素：手指的數(shù)量、手指的關(guān)節(jié)數(shù)量以及 手指的尺寸和 安置 位置。 為了能夠在機(jī)械手的工作范圍內(nèi)安全的抓取和操作物件，至少需要三根手指。 為了能夠?qū)Ρ蛔ノ矬w的操作獲得 6 個(gè)自由度（ 3 個(gè)平移和 3 個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度），每個(gè)手指必須具備 3 個(gè)獨(dú)立的關(guān)節(jié)。這種方法在第一代 卡爾斯魯厄靈巧手 上被采用過(guò)。但是，為了能夠重抓一個(gè)物件而無(wú)需將它先釋放再拾取的話，至少需要 4 根手指。 要確定手指的尺寸和 安置 位置，可以采用兩種方法：擬人化和非擬人化 。 然后將取決與被操作的物體以及選擇何種期望的操作類型。 擬人化的安置方式很容易從人手到機(jī)器人手轉(zhuǎn)移抓取意圖。但是每個(gè)手指不同的尺寸和不對(duì)稱的安置位置將增加 加工 費(fèi)用，并且是其控制系統(tǒng) 變得更加復(fù)雜，因?yàn)槊總€(gè)手指都必須分別加以控制。對(duì)于相同手指的對(duì)稱布置，常采用非擬人化方法。因?yàn)橹恍杓庸ず蜆?gòu)建單一的“手指模塊”，因此可減少加工費(fèi)用，同時(shí)也可是控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化。 動(dòng)系統(tǒng) 指關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)器對(duì)手的靈活度也有很大的影響， 因?yàn)樗鼪Q定潛在的力量、精度及關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的速度。機(jī)械 運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)方面 需加以考慮： 運(yùn)動(dòng)來(lái)源和運(yùn)動(dòng)方向。 在這方面，文獻(xiàn)里描述了有幾種不同的方法，如文獻(xiàn) [3]中說(shuō)可由液壓缸或氣壓缸產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，或者，正如大部分情況 一樣 使用電動(dòng)機(jī)。 在多數(shù)情況下，運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器（如電機(jī)）太大而不能直接與相應(yīng)的指關(guān)節(jié)結(jié)合在一起，因此，這個(gè)運(yùn)動(dòng)必須由驅(qū)動(dòng)器（一般位于機(jī)器臂最后的連接點(diǎn)處）轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)。有幾種不同的方法可實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)動(dòng)方式 ，如使用鍵、傳動(dòng)帶以及活動(dòng)軸。使用這種間接驅(qū)動(dòng)指關(guān)節(jié)的方法，或多或少地降低了整個(gè)系統(tǒng)的強(qiáng)度和精度，同時(shí) 也使控制系統(tǒng)復(fù)雜化，因?yàn)槊扛种傅牟煌P(guān)節(jié)常常是機(jī)械地連在一起，但是 在控制系統(tǒng)的軟件里卻要將它們分別獨(dú)立控制。由于具有這些缺點(diǎn)，因此 小型化的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器與指關(guān)節(jié)的直接融合就顯得相當(dāng)必要。 感系統(tǒng) 機(jī)器手的傳感系統(tǒng)可將反饋信息從硬件傳給控制軟件。對(duì)手指或被抓物體建立一個(gè)閉環(huán)控制是很必要的。在機(jī)器手中使用了 3 種類型的傳感器： 1. 手爪 狀態(tài)傳感器確定指關(guān)節(jié)和指尖的位置以及手指上的作用力情況。知道了指尖的精確位置將使精確控制變得可能。另外，知道手指作用在被抓物體上的力，就可以華中農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯 3 抓取易碎物件而不會(huì)打破它。 2. 抓取狀態(tài)傳感器提供手指與被抓物體之間的接觸 狀態(tài)信息。 這種觸覺(jué)信息可在抓取過(guò)程中及時(shí)確定與物體第一次接觸的位置點(diǎn)，同時(shí)也可避免不正確的抓取，如抓到物體的邊緣和尖端。另外還能察覺(jué)到已抓物體是否滑落，從而避免物體 因跌落而損壞。 3. 物體狀態(tài)或姿態(tài)傳感器 用于確定手指內(nèi)物體的形狀、位置和方向。 如果在抓取物體之前并不清楚這些信息的情況下，這種傳感器是非常必要的。如果此傳感器還能作用于已抓物體上的話，它也能控制物體的姿態(tài)（位置和方向），從而監(jiān)測(cè)是否滑落。 根據(jù)不同的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，有關(guān)指關(guān)節(jié)位置的幾何信息 可以在運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器或直接在關(guān)節(jié)處出測(cè)量。 例如，如在電動(dòng)機(jī)和指關(guān)節(jié) 之間有一剛性聯(lián)軸器，那么就可以用電機(jī)軸上的一個(gè)角度編碼器（在齒輪前或齒輪后）來(lái)測(cè)量關(guān)節(jié)的位置。但是如果此聯(lián)軸器剛度不夠或著要獲得很高的精度的話，就不能用這種方法。 爾斯魯厄靈巧手Ⅱ 的機(jī)械系統(tǒng) 為了能夠獲得如重抓等更加復(fù)雜的操作， 卡爾斯魯厄靈巧手Ⅱ （ ）由 4 根手指組成，且每根手指由 3 個(gè)相互獨(dú)立的關(guān)節(jié)組成。設(shè)計(jì)該手是為了能夠在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用（圖 3 所示）和操縱箱、缸及螺釘螺帽等物體。因此，我們選用四個(gè)相同手指，將它們作對(duì)稱、 非擬人化配置，且每個(gè)手指都能旋轉(zhuǎn) 90°（圖 4 所示）。 鑒于從第一代 卡爾斯魯 厄靈巧 手設(shè)計(jì)中得到的經(jīng)驗(yàn)，比如 因 傳動(dòng)帶而導(dǎo)致的 機(jī)械問(wèn)題以及較大摩擦因數(shù)導(dǎo)致的控制問(wèn)題， 卡爾斯魯厄靈巧手Ⅱ 采用了一些不同的設(shè)計(jì)決策。每根手指的關(guān)節(jié) 2 和關(guān)節(jié) 3 之間的直流電機(jī)被整合到手指 前部肢體中（圖 5 所示）。這種布置可使用很硬的球軸齒輪將運(yùn)動(dòng)傳遞到手指的關(guān)節(jié)處。處在電機(jī)軸上的角度編碼器（在齒輪前）此時(shí)可作為一個(gè)精度很高的位置狀態(tài)傳感器。 圖 圖 4. 的頂視圖 為了感知作用在物體上的手指力量， 我們 發(fā)明了一個(gè)六維力扭矩 傳感器（圖 6所示）。這個(gè)傳感器可當(dāng)作手指末端肢體使用，且配有一個(gè)球形指尖。它可以抓取較輕 的 物體，同時(shí)也能抓取 3近的較重物體 。此傳感器能測(cè)量 X、 Y 和 Z 方向的力及繞相關(guān)軸的力矩 。 另外， 3 個(gè)共線的激光三角測(cè)量傳感器被安置在 的手掌上（圖 5 所示）。因?yàn)橛?3 個(gè)這樣的傳感器，因此 不僅可以測(cè)量 3 單點(diǎn)之間的距離，如果知道物體的形狀，還能測(cè)出被抓物體表面之間的距離和方向。物體狀態(tài)傳感器的工作頻率為 1能檢測(cè)和避免物體的滑落。 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯 4 圖 5. 的側(cè)視圖 圖 6. 帶應(yīng)變計(jì)量傳感器的 六自由度扭轉(zhuǎn)傳感器 4. 控制系統(tǒng) 機(jī)器人手的控制系統(tǒng)決定哪些潛在的靈巧技能能夠被實(shí)際利用，這些技能都是由機(jī)械系統(tǒng)所提供的。如前所述，控制系統(tǒng)可分為控制計(jì)算機(jī)即硬件和控制算法即軟件。 控制系統(tǒng)必須滿足 以下 幾個(gè) 的條件： 1. 必須 要有足夠的 輸入輸出 端口 。例如，一具有 9 個(gè)自由度的低級(jí)手，其驅(qū)動(dòng)器至少需要 9 路模擬輸出端口 ，且要有 9 路從角度編碼器的輸入端口。如再加上每個(gè)手指上的力傳感器、觸覺(jué)傳感器及物體狀態(tài)傳感器的話，則端口數(shù)量將增加號(hào)幾倍。 2. 需具備對(duì)外部事件快速實(shí)時(shí)反應(yīng) 的 能力。 例如，當(dāng)檢測(cè)到物體滑落時(shí)，能 立即采取相應(yīng)的措施。 3. 需具備較高的計(jì)算能力以應(yīng)對(duì) 一些不同的任務(wù)。如可以對(duì)多指及物體并行執(zhí)行路徑規(guī)劃、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及閉環(huán)控制等任務(wù)。 4. 控制系統(tǒng)的體積要小，以便能夠?qū)⑵渲苯蛹傻讲僮飨到y(tǒng)當(dāng)中。 5. 在控制系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)器及傳感器之間必須要電氣短接。特別是對(duì)傳感器來(lái)說(shuō)，若沒(méi)有的話，很多的干擾信號(hào)將會(huì) 干擾傳感器信號(hào)。 制硬件 為了應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的要求，控制硬件一般分布在幾個(gè)專門的處理器中 。如可通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的微控制器處理很低端的輸入輸出接口（馬達(dá)和傳感器），因此控制器尺寸很小，能輕易地集成到操縱系統(tǒng)中。 但是較高 水平 的控制端口則需要較高的 計(jì)算能力，且需要一個(gè)靈活實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持。 這可以通過(guò) 輕易地解決。 因此，控制硬件常由一個(gè)非均勻的分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成，它的一端是微控制器，而另一端則是一個(gè)功能強(qiáng)大的處理器。不同的計(jì)算單元?jiǎng)t通過(guò)一個(gè)通信系統(tǒng)連接起來(lái)，比如總線系統(tǒng)。 制軟件 機(jī)器人手的控制軟件是相當(dāng)復(fù)雜的。 必須對(duì)要對(duì)手指進(jìn)行實(shí)時(shí)及平行控制，同時(shí)還要計(jì)劃手指和物體的新的軌跡。因此，為了減少問(wèn)題的復(fù)雜性，就有必要將此問(wèn)題分成幾個(gè)子問(wèn)題來(lái)處理。 另一方面涉及軟件的開(kāi)發(fā)。機(jī)器人手其實(shí)是一個(gè)研究項(xiàng)目， 它的編程環(huán)境如用戶界面，編程工具和調(diào)試設(shè)施都必須十分強(qiáng)大和靈活。這些只能使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 操作系統(tǒng)才華中農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯 5 能得到滿足。在機(jī)械人中普遍使用的分層控制系統(tǒng)方法 都經(jīng)過(guò)了修剪，以滿足機(jī)械手的特殊控制要求。 爾斯魯厄靈巧手Ⅱ 的控制系統(tǒng) 如在 中所說(shuō)，對(duì)于 卡爾斯魯厄靈巧手Ⅱ 的控制硬件，采用了一種分布式方法（圖 7 所示）。 一個(gè)微控制器分別控制一個(gè)手指的驅(qū)動(dòng)器和傳感器，另外一個(gè)微控制器用于控制物體狀態(tài)傳感器（激光三角傳感器） 。這些微控制器（圖 7 左側(cè)和右側(cè)的外箱）直接安裝在手上，所以可以保證和驅(qū)動(dòng)器及傳感器之間較短的電氣 連接。這些微控制器都是使用串行總線系統(tǒng)和主控計(jì)算機(jī)連在一起的。 這個(gè)主控計(jì)算機(jī) （圖 7、圖 8 中的灰色方塊） 是由六臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)組成的一個(gè)并行計(jì)算機(jī)。這些電腦都被排列在一個(gè)二維平面。相鄰電腦模塊（一臺(tái)電腦最多有 8 個(gè)相鄰模塊）使用雙端口 行快速通信 （圖7 中暗灰色方塊所示）。一臺(tái)電腦用于控制一個(gè)手指。另一臺(tái)用于控制物體狀態(tài)傳感器及計(jì)算物體之間的位置。 其余的電腦被安在前面提到的電腦的周圍。 這些電腦用于協(xié)調(diào)整個(gè)控制系統(tǒng)。控制軟件的結(jié)構(gòu)反映了控制硬件的架構(gòu)。如圖 9 所示。 圖 7. I 的控制硬件構(gòu)架 圖 I 的平行主計(jì)算機(jī) 一個(gè)關(guān)于 此手控制系統(tǒng)的三個(gè)最高層次的網(wǎng)上計(jì)劃正在規(guī)劃。理想的物體位移命令可由優(yōu)越的機(jī)器人控制系統(tǒng)得到，并可用作物體路徑的精確規(guī)劃。根據(jù)已產(chǎn)生的目標(biāo)路徑就可 規(guī)劃可行的抓取行為（手指作用在物體上的可行抓取位置點(diǎn)） ?，F(xiàn)在知道了物體的運(yùn)動(dòng)計(jì)劃，就可以由手指路徑規(guī)劃得出每個(gè)手指的運(yùn)動(dòng)軌跡 ，并傳遞給 系統(tǒng)的實(shí)時(shí)能力部分。 如果一個(gè)物體被抓取了，那么其手指的運(yùn)動(dòng)路徑就傳遞給了物體的狀態(tài)控制器。這個(gè)控制器控制物體的姿態(tài)，它由手指和物體狀態(tài)傳感器 所決定，用以獲得所需 的物體姿態(tài)。如果一個(gè)手指沒(méi)有跟物體接觸，那么它的移動(dòng)路徑將會(huì)直接傳遞給手控制器。這個(gè)手控制器將相關(guān)的預(yù)期手指位置傳遞給所有的手指控制器，以協(xié)調(diào)所有手指的運(yùn)動(dòng)。這些在手指?jìng)鞲衅鞯膸椭掠址催^(guò)來(lái)驅(qū)動(dòng)手指驅(qū)動(dòng)器。 圖 9. 的手部控制系統(tǒng) 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯 6 5. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 為了驗(yàn)證 卡爾斯魯厄靈巧手Ⅱ 的能力，我們選擇了兩個(gè)要求操作問(wèn)題。一個(gè)問(wèn)題是在網(wǎng)上對(duì)處于外部影響下的被抓物體姿態(tài)（位置和方向）的控制。另一個(gè)問(wèn)題是被抓物體必須能夠繞任意角度旋轉(zhuǎn)，這只能通過(guò)重抓才能實(shí)現(xiàn) 。 這可以反映 卡爾斯魯厄靈巧手Ⅱ 對(duì)復(fù)雜任務(wù)的操作能力。 體姿態(tài)控制 這個(gè)物體姿態(tài)控制器的目的是為了確定好被抓物體的位置和方向以適合給定的軌跡。 此任務(wù)必須在實(shí)時(shí)條件通過(guò)在線獲得，盡管有內(nèi)部變化及外部干擾的存在。 內(nèi)部變化比如在物體移動(dòng)過(guò)程中，球形指尖在被抓物體上的滾動(dòng)。這種狀況如圖 10、圖 11 所示。這將導(dǎo)致物體的不必要的額外移動(dòng)和傾斜。 這些錯(cuò)誤的物體姿勢(shì)很難預(yù)先估計(jì)。因此，物體狀態(tài)傳感器的輸入必須要修改這些錯(cuò)誤。 對(duì)于 卡爾斯魯厄靈巧手Ⅱ 來(lái)說(shuō)，其上的三個(gè)激光三角傳感器就是用來(lái)糾正此種錯(cuò)誤的。圖 12 定量地說(shuō)明了圖 9 中物體在沒(méi)有姿態(tài)控制情況下的傾斜情況。 下圖顯示了 在 X 方向上隨時(shí)間推移的預(yù)期軌跡，而上圖顯示了物體實(shí)際的旋轉(zhuǎn)（傾斜）結(jié)果情況。因?yàn)閱⒂昧宋矬w狀態(tài)控制，圖 13 中的物體傾斜得到了很大的減少。上圖物體的旋轉(zhuǎn)保持基本恒定，這和期望的一樣。 圖 圖 圖 圖 額外的不期望傾斜情況 傾斜情況 物體狀態(tài)控制器對(duì)補(bǔ)償外界干擾也是十分必要的。比如，機(jī)器 人（手臂、手或手 指）華中農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯 7 或被抓物體與外界的碰撞可能導(dǎo)致物體的滑落。 這更有可能導(dǎo)致被抓物體的損耗，這是不能出現(xiàn)的情況。為了能夠避免物體在這種情況下的損失，就必須檢測(cè)出物體的滑落并迅速采取行動(dòng)以穩(wěn)定物體的狀態(tài)。 為了驗(yàn)證 卡爾斯魯厄靈巧手Ⅱ 控制系統(tǒng)對(duì)這種干擾情況的處理能力， 我們做了以下的實(shí)驗(yàn)：物件被抓后， 將 手指的接觸力恒定減少直至物體開(kāi)始滑落。 在激光三角傳感器檢測(cè)滑落后，物體狀態(tài)控制器采取措施將物體重新調(diào)控到所期望的位置。圖 14 和圖 15展示了此種實(shí)驗(yàn)的一個(gè)例子。 尤其是圖 14，它顯示出 物體滑落啟動(dòng)的相當(dāng)突然且相當(dāng)快。但是物體狀態(tài)控制器 也能夠足夠快地檢測(cè)和補(bǔ)償滑落，這樣物體的位置（這里：特別是X 方向，就是滑落的方向）和物體的方向能夠與最開(kāi)始的期望值很快地相符。 圖 X 方向的實(shí)際物體 圖 于 Z 軸的實(shí)際 位置 物體方向 抓 雖然 卡爾斯魯厄靈巧手Ⅱ 非常的靈活，但是它不能在第一次操作中就能得到每一個(gè)理想的對(duì)象操縱。這源于這樣一個(gè)事實(shí)：手指相對(duì)于正常的工業(yè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)是十分小的，因此所具備的工作范圍 也是很有限的。 如果物體被手指抓住，那么它第一次只能在所有手指的剩余空間內(nèi)被操縱?？尚胁僮鞯臈l件是所有的接觸點(diǎn)必須長(zhǎng)期地處在相聯(lián)手指的工作范圍內(nèi)。這很大地限制了操作的可行性。為了能夠克服此種限制 ，一個(gè)叫做重抓的操作就必須執(zhí)行。即當(dāng)一個(gè)接觸點(diǎn)到達(dá)了相聯(lián)手指的限制區(qū)域時(shí)，這個(gè)手指就必須從物體上脫離，并移到一個(gè)新的接觸位置。 這必須是多于 3 個(gè)手指的手才能使操作可靠。 周期性的移動(dòng)這些手指，就能 使 任意的操作變得可行。 關(guān)于此種操作有一個(gè)例子，就是在大角度旋轉(zhuǎn)被抓物體時(shí)，此時(shí)重抓動(dòng)作很有必要。 圖 16 顯示了 卡爾斯魯厄靈巧手Ⅱ 在旋轉(zhuǎn)一個(gè)螺帽狀物體時(shí)的一系列圖片。這個(gè)物體是繞 它的垂直軸旋轉(zhuǎn)的。在 a 到 c 圖中所有的手指都跟物體接觸，并且四個(gè)手指相互協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)才使物體旋轉(zhuǎn)。 圖 d 到圖 d 圖中這個(gè)手指已經(jīng)運(yùn)動(dòng)到其工作范圍的極限位置，這時(shí)所有手指的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)也被終止。 左前方的手指脫離物體并單獨(dú)移動(dòng)到另一個(gè)接觸點(diǎn)。 在圖 一個(gè)手指此時(shí)可以重新定位（沒(méi)有顯示） 。所有的手指重新定位之后，協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行。視具體情況而定， 卡爾斯魯厄靈巧手Ⅱ 也可以同時(shí)進(jìn)行幾個(gè)手指的重抓動(dòng)作。 這可以加速重抓過(guò)程，但是 只能是被抓物體與外界接觸的條件下才有可能。 比如說(shuō)螺絲釘上的螺帽或孔里的一掛鉤。 圖 17 顯示了 卡爾斯魯厄靈巧手Ⅱ 將一個(gè)木柱從一個(gè)平方的基座孔內(nèi)拉出來(lái)的一系列圖片。圖 a 到圖 b 顯示木柱被拉出一半，然后左手指和右手指 在同一時(shí)刻脫離物體并重新定位（圖 c 到圖 e）。那之后，前面與后面的手指 也重新定位（圖 f）。那之后，整個(gè)木柱被拉出，從而可進(jìn)行進(jìn)一步的操作（沒(méi)有顯示）。 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯 8 圖 圖 孔中拉出木柱 為了使機(jī)械手能夠完成靈活精確的操作，一合適 的機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是 必需的。這些介紹的標(biāo)準(zhǔn)是必需加以考慮的，正如文中所說(shuō)。 卡爾斯魯厄靈巧手Ⅱ 表現(xiàn)的非常成功。這種機(jī)械手能夠抓取很大范圍的不同形狀、尺寸和重量的物體。 被抓物體的姿態(tài)也能可靠地加以控制，即使在外部干擾的情況下。此外，由于此系統(tǒng)，復(fù)雜的精細(xì)操作（如重抓）也能實(shí)現(xiàn)。在人行機(jī)器人的特殊研究領(lǐng)域，基于一個(gè)不同的概念叫做流體化 （圖2 所示） 的 基礎(chǔ)上，小型機(jī)械手也具有擬人化和機(jī)械化。 這概念是由卡爾斯魯厄研究中心的 提出的。但是，這個(gè)控制軟件的主要結(jié)構(gòu)可經(jīng)過(guò)相應(yīng)修改而為此種小型機(jī)械手所用。