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重 庆 理 工 大 学 文 献 翻 译 二级学院 重庆汽车学院 班 级 学生姓名 学 号 译 文 要 求 1、译文内容必须与课题（或专业）内容相关，并需注明详细出处。 2、外文翻译译文不少于 2000 字；外文参考资料阅读量至少 3 篇（相当于 10 万外文字符以上）。 3、译文原文（或复印件）应附在译文后备查。 译 文 评 阅 导师评语 （应根据学校“译文要求”，对学生外文翻译的准确性、翻译数量以及译文的文字表述情况等作具体的评价） 指导教师： 年 月 日 国际工程与技术杂志 2 卷 10 号，十月， 2012 自动封口机的逆运动学分析 . , , 机械工程 1，大学管理，管理，尼日利亚 机械工程 系，联邦技术大学，明娜，尼日利亚 科学实验室技术系，鲁弗斯性理工，尼日利亚 摘要 自动封口机主要用于自动化生产线。正确封装一样物品的时间基本取决于电机控制器是否能精确地判断出这样物品在不在最佳的位置上。活塞头的伸缩度很大程度上取决于红外传感器，由活塞头的伸缩程度，该连接所需的角位移要用逆运动学的方法来测定。仅为了展示这种方法同时减少方程的复杂程度，连杆的重力作用和惯性将忽略不计。 关键词：正向运动学 逆运动学 自动化 封口机 1 简介 一个自动化的工厂通常使用大量的电子控制的机械来完成生产，工厂的自动化对于其管理具有非常多的战略意义上的好处。标准的机械连接通常由电机、气动系统或电磁阀组成。在手动操作的机器上，人们通过目视来检测，其它方面的检测则是机械化地重复。这项研究的重点集中在一个品牌生产线中假想的用于压制和签名的封口机器，逆运动学的分析方法将使我们确定链接的角位移。运动学仅考虑物体的运动而忽略驱动力，而通过逆运动学的方法，则可以确定达到在最终效应下的指定目标所需要的链接角度和端部执行器的位置。 行了一个关于曲柄滑块机构用于 制器使用的可行性研究，然而其中却忽视了偏移量。 过审查将逆运动学的求解问题分为七类，该些方法分别是牛顿迭代方法及其变体，还有雅可比矩阵和与伪逆的变体（也称为穆尔彭罗斯逆）方或非方形矩阵，以及其它基于控制理论和优化技术的方法。一些研究者提出了一些求解 题的算法，但不包括神经网络算法，循环坐标下降停止算法和不精确的策略算法，但像所有其他技术一样，对于一个给定问题的方法选择取决于问题的细节。 论了雅可比矩阵的转置，穆尔彭罗斯和阻尼最小二乘法，雅克比 转置在计算量上较小然而在基于机器人的结构前提上却表现欠佳，在这项研究上，雅克比矩阵转置表现不如人意，但是其逆方法确实更加合适的，因为它将这个问题简化成了简单二维平面上四个自由度的问题。 2 自动联接部分 图 1展示了机械密 封系统的原理图。加盖或冲压由活塞或 压装头 实现， 子或商标由红外线传感器感知并放置在正确的位置， 如果要印章、封盖或封装的物品离开了例子当中压装头将要接触的位置，传感器将反馈并使压装头缩回。 有 一系列的反馈给了电机控制器的话，它也可以不走得那么 远。 种控制系统就类似于一个人工操作员 ,使用传感器和快速响应电动机控制器将使这个假设的机器成为一个在工厂中执行平常任务非常有用的工具。这个工厂支线由一个简单的曲柄滑块机构与致动器臂 用更清楚的话来说，如果盖子和容器在一条线上，那么指令将会发出使得活塞压下来完成密封；如果堵塞则扭转活塞；如果容器或盖子不在活塞头将不会压下；如果由磨损或撕裂所造成的密封长度短于预期长度则会加深压装力度。这清楚地表明，活塞确定链接的角度、方向和电机的运动。这就是一个逆运动学问题，传感器反馈部分是一个很复 杂的控制工程问题，就不在此考虑了。 图 1:自动封口机示意图 （ A：致动器臂 C：输送线 M：电机控制器 P： 压装头 S：传感器 O：需要封口或封盖的物品） 3 分析 图 2是一个代表性的曲柄滑 块机构，从活塞轴到电机轴有一个偏移量 f， 2是轴的活塞移动的坐标 (x,y)。 电机 相 对 如果曲柄使位移 它相当于一个 这个运动是由曲柄的顺时针或逆时针运动产生的， 为连杆与曲柄之间夹角， 也表示连杆与活塞平面之间的夹角。 图 2:偏移滑块曲 柄 (笛卡 尔坐标系 ) 在电脑的仿真中设计这些，角度会有明确的要求以防止连接不发生“物理分离”；对于一个真实物理连接环节，电机控制器需要控制移动的就只有曲柄。 标系 在这里采用笛卡尔坐标系，顺时针为正、向右移动为正、向上为正。上死点（ 计算式如下，设曲柄半径为 r,连杆长度为 l,则有 其中， 死点的计算如下 上死点与下死点以及偏移量如图 3所示。 图 3 上死点与下死点 活 塞被限制为只在平面方向移动，为向量 ，在这个研究中，方向向量上有，使其平面在 45角至水平方向。 运动学 电机顺时针方向移动产生的位移的位置以图 2字母表示反映在（ 1）式中。在下标中以（ i， f）分别表示起始和最终值， 滑度可以用数值方法细致渐进地达到要求。在这个增量的最后，最终的位移目标以一个角度参数的函数方式给出： 角度的线性关系在这个问题中可以帮助减少在方程（ 1）计算中的自由度数量，由 可以得出 。利用三角法，可以计算出图 2中任何时刻的活塞位置，见 式（ 2）、（ 3）。 由雅克比矩阵，给出了方程（ 4）同时将其简化为方程（ 5）。 计算新的活塞位置涉及求解 方程 (1)，第一级下的泰勒级数下活塞的新坐标见方程（ 6）。是相关连接的位移矢量角，数学上， ，这里，我们设 ，由此活塞或压头的位置大约可由方程（ 6）得出。 应该指出的是 , 可以取水平位置来进一步降低方程集，在这里可以将其称为 0. 运动学 问题不在于给出 f，而是由给定 迭代实得出了活塞的位移目标为 ，活塞的向量位移可表示为 。因为这是一个没 有其他方向位移的平面问题，所以可以将其简化为 。为了减少可能的颠簸或跳动影响，可以逐步使用比基础上的 更直观的系数，前提是 1且 为逆雅克比矩阵。该算法可以检查是否已经达到目标，当求解少于预先确定的误差等级或达到最大数量迭代时，此迭代停止，这就是实时应用的一个关键部分。 4 结果和讨论 考虑活塞头在位置 械臂在若干任意位置的方向，假设传感器系统需要活塞移动到新的位置 成了几个任意起始位置的曲柄仿真所得出的结果都是同想要达到的目标接近的。如果曲柄当前方向与曲柄角之间为 且有一个指令从传感器发出使活塞压头收回其曲柄臂 模拟指示曲柄继续逆时针方向走 ,这对应于 0增加到 相应的，减少到 图 4显示了模拟进展的活塞 头从当前位置 2和完成迭代次数。 图 4:曲柄位置和迭代与雅 可比矩阵求逆 该技术使用的是逆雅克比技术，雅克比行列式的转置方法在这种情况下对于同样的问题是无法预测的，解决方法只有落定到一个角度内的局部最小值，但其收敛速度更快，见图 5。 图 5 使用逆向和转置的雅克比矩阵得出的曲柄位置 如果要求计算一个无法在实际上达 到的目标，例如超过上死点或下死点位置的点 拟运行并且在达到最大迭代数量时停止，亦可能是雅克比矩阵变为不可逆，见图 6。 图 6 不可实现目标情况 5 小结 本文的重点是应用逆运动学 技术分析机器人链接如获得封闭的自动化工厂，不考虑惯性效应的影响。反求技术的雅可比行列式 ,如上文献 ,在这个应用程序更可靠。雅可比行列式的方法是不可靠的转置。本文简要介绍了一个简单的应用了逆运动学的自动封口机；以活塞头收回 的曲柄角度可以由雅克比逆向方法相对雅克比行列式转置方法更精确地得出。这个问题还 可以扩展到包括动力学对于最优转矩或电动马达驱动部件的可能性选择上。 10, 2012 of a . , , 1 or is an to or to an is by a on or is in of of is by an to or of of to of to . An a of to of of to 1. or In a to be by of is on a is as in a is to us of of is a of a to by 1. A of a 2 a an et 3 of s as or A of 1, 4K a of on of 8 In of is on In is so it is a D of of 2. F 1 of or is or P. C is or in by an S. to or is on If to be or is of at to be to It be to go be a of to M. of is to a do if it of a in a of is a . In be to to if in to in of a to if or is to if is as be by of or or of is an is of a in 1: . 2 is a of is an f, of O2 is of x,y). or 1. If s on it is to a ex is by an or . an . is or 2: In a be so do a to is is to is r, l, in is . fm is on is DC DC 3. 3: op he to in on In 5 to by 2 is in 1). i,f) at f is in a be in in At of to is as a of of in to of of to in 1). It be by of 2 is 2)(3). is in 4) to 5). 1). of by of of be to be in 6). is of . we of or is in 6). It be be to is to 0 in is of f i it is of i, f. is of is is a of be is a no in it to a or be a be on of r is if or is is a of or a of of on be a 4. a of at at a . to to a 2. is of is at a 5 , is an to to , to an . 4 of a 1 to 2 of 4: he is is in to a of is 5. 5: of f is a to a as to a DC DC of or if 6. 6: . is on of to of a as in a of an of as in is in is of to a is to .1 as a be to of or 1 S. . in 116, 1471999. 2 A. 2002. 3 D. A. . I. 62, 3532000. 4 S. K. . O. 29, 1432007. 5 X. A to 32, 4531999. 6 A. C. of in a 33, 2731998. 7 M. J. D. of a of 1976. 8 S. R. 原文链接 ：
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