【正文】 。為了執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)，機器人還必須能夠無能量消耗地附著在墻壁上。 關(guān)鍵詞 ： 攀爬，機器人，爪，運動，算法 本文包含了垂直壁面攀爬機器人的設(shè)計和運動規(guī)劃。該算法考慮了機器人的運動學(xué)以及施加在足墊的接觸力。它有四條腿，每條腿都具有四個自由度以及專門設(shè)計的連接到腿的鉤爪使得它能爬上墻壁并且可以朝任何方向移動。 1 xxxx 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )外文資料翻譯 學(xué) 院 自動化學(xué)院 專 業(yè) 自動化 學(xué)生姓名 班級學(xué)號 外文出處 Robotics and Autonomous Systems 附件： ； 指導(dǎo)教師評價： 1．翻譯內(nèi)容與課題的結(jié)合度： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 差 2．翻譯內(nèi)容的準(zhǔn)確、流暢： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 差 3．專業(yè)詞匯翻譯的準(zhǔn)確性： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 差 4．翻譯字符數(shù)是否符合規(guī)定要求： □ 符合 □ 不符合 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 2 附件 1：外文資料翻譯譯文 一種自主攀爬機器人的設(shè)計與運動規(guī)劃 Avishai Sintov , Tomer Avramovich, Amir Shapiro 摘 要： 本文提供了一種新穎的可以攀上垂直粗糙的表面的機器人的設(shè)計方案，可以用來，比如粉刷墻面。這種機器人的運動學(xué)機理和運動方式是一種基于攀巖通常用的四肢爬壁方式和貓用爪子爬樹的方式混合的模仿技術(shù)。為了能讓機器人可以在預(yù)定路線上進行自主攀登，設(shè)計者特意設(shè)計了一種運動算法。最終，實驗證明了特殊的夾持裝置的高可靠性和運動規(guī)劃算法的效率。此外，機器人還應(yīng)該要小巧、結(jié)構(gòu)緊湊以及便于單人攜帶操作。為此，我們建造了一個機器人原型來驗證這種理念。 可垂直和自主沿粗糙表面垂直運動的機器人，如粉刷類，提供了相當(dāng)大的軍用和民用優(yōu)勢。 本文的第一部分介紹了機器人設(shè)計的考慮因素，這些因素決定了機器人的運動結(jié)構(gòu)。我們在這里還提供了一個已經(jīng)建好的機器人原型和大量搭載了這個原型的實驗討論。 圖 1 展示了一條腿的設(shè)計樣式。剩下的兩個機動自由度，其軸平行于墻壁平面，被設(shè)計用于確定機器人從所述壁面（電機3）和末端效應(yīng)器的角約束（電機4）的距離。這樣的運動方式和攀巖者用他們的手指來抓住巖石表面裂痕并激活肩部和肘部肌肉來推進運動的行為很類似。因此，這種腿具有去耦平面運動（平行于壁）和垂直于該平面的優(yōu)點。然而，這種配置也使機器人需要開動全部四個電機來推進。每個裝置，包含在一個鋁制機箱上對齊的 12 個鎳制魚鉤，能夠鉤住墻上的裂縫和抓持 2KG 的重量。換句話說，鉤子不能被橫向移動或者扭曲。這種抓持裝置設(shè)計成可以相當(dāng)于墻壁平面 20176。鉤子固定在墻上而且一個取向上的變化會在抓握裝置上關(guān)于垂直壁面的軸線施加扭矩。一個小的平衡重量被加到了抓持設(shè)備以此保持它的平衡，因為它接近于壁面來附著它本身?；谠撽P(guān)節(jié)角度，末端效應(yīng)器相對于全局幀的位置能夠被計算出來?？蚣?B 被固定在了機器人的中心體。由于所有的腿都是相似的，盡管在鏡像視圖中，末端效應(yīng)器的位置被首先放置在相對于第一個電機（框架 L）的位置。矢量 rL 展示了末端效應(yīng)器在框架 L 中的位置是： ，其 中 是一個從框架 i 到框架 j 的齊次變換矩陣， r4 是末端效應(yīng)器在框架 4 的相關(guān)位置?；?180176。這意味著一定的配置會給出腿部末端效應(yīng)器的期望位置。反向運動學(xué)的計算是由中心主體的方向時刻保持垂直的假設(shè)而來。然而在 XY 方案中，兩個更接近中心的接頭負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)接觸點的位置。將變量 E 作為從框架 2 的原點到全局框架的 xy平面（圖 4）的末端效應(yīng)器的距離的投影。一旦距離 Z 已經(jīng)根據(jù)環(huán)境被用戶界面確定，那么四個角度可以根據(jù)式子（ 4） （ 8）隨后計算得到。從確定作用在腿部末端效應(yīng)器的反作用力表明兩種狀態(tài)的一個。 配置參數(shù)向量 vp 的，它包含致動器 θ1, . . . , θ4 的四個關(guān)節(jié)角度，中心體 θ0和其全球位置 θw 的取向角， dW 可以定義如下： 其中 θw 和的 dW（圖 4）是與全局框架有關(guān)的機器人的位置參數(shù)并且由下式給出 讓 rf 表示從全局框架原點到到末端效應(yīng)器的矢量，那么末端效應(yīng)器的力雅可比會是： 重力雅可比為： 其中 從全局框架的原點到連接體質(zhì)心的向量。另外四個參數(shù) M1, . . . ,M4 是作用在腿部關(guān)節(jié)的扭矩。正如期望的那樣，這個解決方案表明 M1, . . . ,M4的表示獨立于 θw, dw。這些分析彼此互相比較為了分析機器人腿部的重量分布。通過這種方式，力矩和力平衡能夠被動地得到。機器人運動的主要假設(shè)是一條腿會一直試圖鉤在墻壁上并且最終成功做到。為中心體架設(shè)的路徑是由用戶做事先爬行預(yù)定義的。圖 5 示出了運動的算法的流程圖。 讓 Δρ 作為一個機器人路徑的一個路徑增量是身體中心的一個步驟。 每個增量是然后細(xì)分成更小的段，同時長度 δ 被身體動作來執(zhí)行。每子步驟 δ 之后，轉(zhuǎn)矩和角度是在致動器測 11 量到的。機器人采取一個動作應(yīng)對一條腿被釋放的時候（狀態(tài) 1）；一條腿的末端效應(yīng)器超出了它所運行的位置（狀態(tài) 2）；一條腿負(fù)載過低（狀態(tài) 3）；一條腿超載了（狀態(tài) 4）。因此，如果狀態(tài) 1（小腿脫離接觸）發(fā)生了，它將在其他狀態(tài)被檢查前糾正。如果是這樣的情況，機器人將會在下一個可能的位置上搜索墻壁上的一個新的夾緊點。 狀態(tài) 2 和中心體移動后的腿部位置有關(guān)。所允許的空間指定了一個與中心體以這樣一種方式相關(guān)的區(qū)域，如果腿部定位在了區(qū)域外，必須采取一個措 施來將腿移到沿腿部路徑向量的允許空間內(nèi)。作用在一條或多條腿上的小作用力可能導(dǎo)致它們是無效的。由于執(zhí)行器有一個有 限的扭矩，每個執(zhí)行器的腿部過載都要被檢查。在這樣的情況下， 機器人會將腿部向當(dāng)前段 Δsk的末尾的下一個可能的位置前進。 我們定義 Rmax 為允許帶的半徑并將其作為由 SF 劃分的 xy 區(qū)域的腿部最長可能長度進行計算（ 16）（當(dāng)從墻上 Z 中的距離是固定值時， E 被定義并且恒定）中的 xy 平面上的腿通過的 SF 劃分的。從原點得，兩個引導(dǎo)線被吸引到由 Rmax 的弧的交叉點和產(chǎn)生點 a 和 b的最小限（ ymin 和 xmin） 。下一位置將根據(jù)其對當(dāng)前增量 Δsk 的 最終目的地來確定。區(qū)域 IV的情況也是一樣，只有 yleg的坐標(biāo)會被改為 ymin。 xleg,body, yleg,body. zleg,body 是根據(jù)到墻 Z 的距離計算得到的預(yù)定值。 Δx, Δy 是 當(dāng)前 Δsk值在 x,y軸上的突起。 為了實施上面提出的模型，我們使用了 BIOLOID 機器人套件。執(zhí)行器的角度和速度可在 1024 步的分辨率下進行控制。有了外部電源， CLIBO 樣機重量為 2 公斤，這使得它非常小巧而且便于攜帶。因此，假定在任何給定情況至少有三條腿附著在墻壁上的情 況下，CLIBO 的有效載荷為約 5 公斤。一個問題就在墻壁上的機器人的穩(wěn)定性。 第二個問題，傳播速度慢，到現(xiàn)在還沒有被克服并且 移動動作之間長期拖延給了 CLIBO 一個沿著路徑以 12 厘米 /分的進步速度。其他幾個方面在以后還有待進一步研究，主要是以下幾個方面：動態(tài)運動；制定過渡算法；提供機器人無能量消耗定在墻上的能力；提高機載計算速度；提供配載能量源。 14 附件 2：外文原文 Design and motion planning of an autonomous climbing robot with claws Avishai Sintov, Tomer Avramovich, Amir Shapiro Abstact This paper presents the design of a novel robot capable of climbing on vertical and rough surfaces, such as stucco walls. Termed CLIBO (claw inspired robot), the robot can remain in position for a long period of time. Such a capability offers important civilian and military advantages such as surveillance,observation, search and rescue and even for entertainment and games. The robot’s kinematics and motion,is a bination between mimicking a technique monly used in rock climbing using four limbs to climb and a method used by cats to climb on trees with their claws. It uses four legs, each with fourdegreesoffreedom (4DOF) and specially designed claws attached to each leg that enable it to maneuver itself up the wall and to move in any direction. At the tip of each leg is a gripping device made of 12 fishing hooks and aligned in such a way that each hook can move independently on the wall’s surface. This design has the advantage of not requiring a taillike structure that would press against the surface to balance its weight. A lootion algorithm was developed to provide the robot with an autonomous capability for climbing along the predesigned route. The algorithm takes into account the kinematics of the robot and the contact forces applied on the foot pads. In addition, the design provides the robot with the ability to review its gripping strength in order to achieve and maintain a high degree of reliability in its attachment to the wall. An experimental robot was built to validate the model and its motion algorithm. Experiments demonstrate the high reliability of the special gripping device and the efficiency of the motion planning algorithm. Keywords:Climbing， Robot， Claws， Motion， Algorithm 1. Introduction This paper considers the design and motion planning of a robot with the ability to climb on vertical surfaces. Such a capability significantly increases robot mobility and workspace and has important military and civilian advantages. As part of the design goals, it was posited that the robot should be able to move in an autonomous and reliable way. Moreover, the robot should be 15 small, pact and easy to carry for oneman operation. To conduct its missions, the robot must also be able to remain statically attached to the wall with no energy consumption. To achieve these design goals, a robot was designed and develop