11寻找和抓取物体37.doc

本章包含的内容: ??????????? 控制手臂 ??????????? 理解自由度 ??????????? 寻找物体 11.1简介 看到机器人从地面上抓取物体或者从你手中拿走物体总是很有趣。在这一章，我们会图解说明如何搭建手臂，夹具，钳子等一些可以抓取物体的模型。我们研究的一种最基本的运动测量尺度是自由度（DOF），也就是一个物体可以运动方向的数量。在本章的最后一部分，我们将展示如何寻找物体的方法，这也是最具有挑战性的项目。 11.2控制抓手 在第10章，我们介绍的汽压缸就是制作抓手、钳子的好部件，不幸的是，气动部件不是在任何时候都适用的。你可能没有气动部件或者没有空间安装带有一个压力开关或某种马达驱动阀开关的气体压缩机等设备。我们已经看到气动部件与RCX连接是相当麻烦的。因此必须求助于马达来驱动钳子。 马达的难题不在于打开或者闭合抓手，而在与如何让抓手在物体上施加持续的力防止物体掉，也就是说，你不能只是用抓手围住物体，你必须施加一个力压紧物体。第二和第三章说过马达的失速会损坏马达，因此，不能持续的旋转马达来紧固物体，需采取一些方法来避免马达的损坏。当你发现处理的物体是具有的弹性的软性物体时，只要停止马达，让齿轮间产生的摩擦力来夹紧物体。看一下如图11.1的例子，用来抓取海绵球的不对称的抓手，当马达停止时，蜗轮可以防止抓手松开物体。回顾第二章，蜗轮是单向传动齿轮：它可以传动其它齿轮，而其它齿轮不能带动它运动。 图11.1 使用蜗杆控制的手爪 图11.2又是一个不同的设计，通过蜗轮和传动轴将马达的旋转运动变成了直线运动，这个动作控制可移动的小手爪。该机构的原理是：两半轴套与蜗轮的齿啮合，当蜗轮转动时拉或推动轴套，与之相连的轴也一起移动，这个复杂的机构解决了将旋转运动转换成直线运动的问题。 图11.2 使用直线运动的手 当用机器人的手来抓取坚硬或形状不规则的物体时，这个装置就不起作用了，你必须在装置中设置弹力机构。回顾第二章，在系统发生中断时，常用皮带滑轮装置的打滑功能保护马达。如图11.3所示的装置采用了此原理。打开马达后，抓手运动，遇到大的阻力后，皮带就打滑，此时马达继续旋转，使得传递到抓手上的力一直压紧物体，马达一停，物体就松开了。 即使实现这个功能，这个方法也不是很完美，因为马达需要一直转动来抓紧物体。当机器人抓取物体的时间很短时，我们才建议使用这种方法。在很多应用中，需要使用更可靠的装置。 我们多次强调汽缸在这方面的应用中是最好的选择，我们分析一下汽缸在这方面为什么会有如此好的效果，汽缸具有两种状态：伸长和压缩。（我们故意忽率在中间手动停止汽缸的情况，假设开关没有中间位置）如果有东西阻碍它达到其中一种状态，它仍就会朝着那个方向继续施压。当阻力等于它内部的气压时，它就停止移动。持续在物体上施加的这个压力保证了抓手压紧物体。 现在问题的关键是如何用气动装置来产生动作？如图11.4所示是一个双位系统。称它为双位系统是因为它具有两种默认状态，即两种可能到达的位置。橡皮筋推动连接板靠着两根黑销中的一根。如果将它稍微移动一下，让它通过A和B的中间点，它可以靠向另外一边。你只须提供足够的力来推动开关，橡皮筋可以做的很好。 根据这个原理，我们设计了如图11.5的钳子，它比较适合抓取像1x2砖的小积木块（在图底部的两块黑色板之间），为了在机器人中实际使用它们需要增加一个马达，推动钳子关闭或打开。通常，使用皮带或离离合齿轮，马达的时间控制是没有限制的。 ?? 如图11.16所示的复杂抓手使用了同样的方法，图中，双位机构被中间齿轮传动装置所取代。 11.2.1使用导管来传递运动 在讨论利用汽缸抓取物体时，不得不提到导管，它可以远距离驱动抓手。比较一下图11.7中装置与前一个例子中齿轮传动的装置，区别很变化很明显， 这个伸缩装置与第9章描述的有类似的特点，可以将运动距离传递。机器人-Cinque的可控制抓手就使用了这个技术（如图11.8）。一对交叉的橡皮筋在装置中产生了一种伸缩度，一旦手爪停止张开，手指就会复位。position. 11.2理解自由度 如果你仔细观察自己的手，你会发现它是一个不可思议的机械装置，它可以处理一系列不同形状和大小的物体。考虑手能执行的动作：抓、搬、举、拿、压、夹、捏、推、拉等并且这只是其中的一小部分。这么多功能是如何实现的呢？ 当你移动手时，注意观察它的四个独立运动：从指尖到手掌处三个弯曲关节的运动-弯曲手指，另外还有一个手指与手掌连接处的左右轻微的运动，然后乘以5（一个手有5个手指）在加上碗关节的运动，这样25个或者更多的独立运动就形成了一个复杂的结构，这就可以让你的抓手根据物体形状来处理物体。为了完成这个结构，考虑一下灵活控制每一块肌肉的力量，你能拾起一个易碎的啤酒杯而不会毁坏它。 每一个独立的运动都代表一