【文章內(nèi)容簡介】 時間最短規(guī)劃算法。旅行商問題的求解成為求解序列規(guī)劃問題的關鍵。目前，旅行商問題的近似最優(yōu)解求解算法已經(jīng)得到了充分的研究，提出了很多可行的算法，包括啟發(fā)式算法，模擬退火算法，遺傳算法等。其中啟發(fā)式算法可以細分為環(huán)路擴充法和環(huán)路改進法，或是兩種方法的綜合，一般利用鄰接矩陣按照一定的規(guī)則變換來求解，計算量和求解結果都能滿足要求。2．路徑規(guī)劃 機械手路徑規(guī)劃的目標是在兩個作業(yè)點之間生成一條無碰撞路徑。機械手路徑規(guī)劃算法主要有4類：C空間法，人工勢力場法，假設修正法，預處理規(guī)劃算法。另外，遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡算法等智能算法已經(jīng)成為機器人路徑規(guī)劃的研究熱點和發(fā)展方向，這些算法在實際中都有初步的應用，取得了較好的規(guī)劃效果。3．碰撞檢測 路徑規(guī)劃的目標是在起始點和目標點之間生成一條無碰撞路徑，這使得碰撞檢測成為解決路徑規(guī)劃問題的關鍵．上面提到的4種路徑規(guī)劃算法都需要進行碰撞檢測或需要計算機器人和障礙物之間的距離。判斷兩個物體是否有碰撞發(fā)生有兩種方式，一是定性判斷。二是定量計算。定性判斷方法最主要有“包圍盒層次法”，其基本思路是用一個簡單的包圍盒將復雜的幾何形體圍住。當對兩個物體進行碰撞檢測時。首先檢測兩者的包圍盒是否相交，若不相交。則說明兩個物體未相交，否則再進一步對兩個物體做檢測。因為求包圍盒的交比求物體的交簡單很多，所以可以快速排除很多不相交的物體，從而加速了算法。對于復雜物體，可以將物體及其子部分的包圍盒組成層次結構，如二叉樹。在各種機器人路徑規(guī)劃算法中，往往需要以機器人和障礙物之間的距離及其關于機器人形位的梯度作為路徑規(guī)劃的啟發(fā)性信息，以加快規(guī)劃速度，因此在路徑規(guī)劃中不僅需要判斷有無碰撞發(fā)生，還要計算機器人與障礙物之間的距離及其關于機器人形位的梯度。目前，兩個剛性物體之間的距離計算有很多算法。其中對凸多面體的計算最為成熟。凸多面體之間的距離有兩類：分離距離和嵌入距離。目前，凸多面體間的距離范數(shù)主要有平移距離、成長距離、收縮距離、偽平移距離等。在現(xiàn)實環(huán)境中，機器人及障礙物一般是凹幾何體，可以采用分割的方法把凹幾何體分割為多個凸幾何體的組合。對一般凸幾何體．如球、圓柱等，可以用緊包圍它的凸多面體來近似。然后用凸多面體間的距離近似原凸幾何體之間的距離。 機械手基本形式的選擇常見的工業(yè)機械手根據(jù)手臂的動作形態(tài),按坐標形式大致可以分為以下4種: (1)直角坐標型機械手。(2)圓柱坐標型機械手。 (3)球坐標(極坐標)型機械手。 (4)多關節(jié)型機機械手。其中圓柱坐標型機械手結構簡單緊湊,定位精度較高,占地面積小，因此本設計采用圓柱坐標型。圖21 是機械手搬運物品示意圖。圖中機械手的任務是將傳送帶A上的物品搬運到傳送帶B。其工藝流程：機械手原位→機械手下降→機械手抓取并夾緊→機械手上升→機械手正轉(zhuǎn)→機械手前伸→機械手下降→機械手松開→機械手上升→機械手后退→機械手逆轉(zhuǎn)→退至原位停止。圖21 機械手基本形式示意圖 機械手的主要部件及運動在圓柱坐標式機械手的基本方案選定后，根據(jù)設計任務，為了滿足設計要求，本設計的機械手具有3個自由度：手臂伸縮；機身回轉(zhuǎn)；機身升降。本設計的機械手主要由3個大部件和3個氣缸組成：（1）手部，采用一個氣爪，通過機構運動實現(xiàn)手爪的張合。（2）臂部，采用直線缸來實現(xiàn)手臂的伸縮。（3）機身，采用一個直線缸和一個回轉(zhuǎn)缸來實現(xiàn)手臂升降和回轉(zhuǎn)。 驅(qū)動機構的選擇驅(qū)動機構是工業(yè)機械手的重要組成部分, 工業(yè)機械手的性能價格比在很大程度上取決于驅(qū)動方案及其裝置。根據(jù)動力源的不同, 工業(yè)機械手的驅(qū)動機構大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅(qū)動等四類。氣動機械手因為結構簡單、成本低廉、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、安全、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境等優(yōu)點而被廣泛應用在生產(chǎn)自動化的各個行業(yè)。因此，機械手的驅(qū)動方案選擇氣壓驅(qū)動。 機械手的技術參數(shù)列表一、用途：車間皮帶機之間的搬運二、設計技術參數(shù)：抓重：2Kg (夾持式手部)自由度數(shù)：3個自由度坐標型式：圓柱坐標最大工作半徑：335mm機身最大中心高：415mm主要運動參數(shù)：手臂伸縮行程：200mm 手臂伸縮速度：200mm/s機身升降行程：100mm 機身升降速度：100mm/s機身回轉(zhuǎn)范圍：0 190176。 機身回轉(zhuǎn)速度：60176。/s 氣動回路的設計機械手氣動回路的設計主要是選用合適的控制閥，通過控制和調(diào)節(jié)各個氣缸壓縮空氣的壓力、流量和方向來使氣動執(zhí)行機構獲得必要的力、動作速度和改變運動方向，并按規(guī)定的程序工作，設計的氣動回路圖如圖22所示。圖22 機械手氣動回路圖本設計的氣動機械手完成各個運動的氣缸只有完全伸出和完全縮回兩個狀態(tài)，選擇兩位五通換向閥控制各個氣缸的運動方向，氣缸的進出口回路各設置一個單向節(jié)流閥，通過控制進出口空氣流量的大小來控制氣缸執(zhí)行器動力的大小和運動速度。設計中采用PLC控制機械手實現(xiàn)各種規(guī)定的預定動作，既可以簡化控制線路，節(jié)省成本，又可以提高勞動生產(chǎn)率。3 氣動機械手的機械結構設計末端執(zhí)行器是裝在機械手臂的末端處，用于機械手完成作業(yè)任務而專門設計的裝置。末端執(zhí)行器種類繁多，與機械手的用途密切相關，根據(jù)其用途，末端執(zhí)行器可分為搬運用、加工用和測量用等種類。搬運用末端執(zhí)行器是指各種夾持裝置，用來抓取或吸附被搬運的物體。加工用末端執(zhí)行器是帶有噴槍、焊槍、砂輪、銑刀等加工工具的機器人附加裝置，用來進行相應的加工作業(yè)。測量用末端執(zhí)行器是裝有測量頭或傳感器的附加裝置，用來進行測量及檢驗作業(yè)。在設計機械手末端執(zhí)行器時，應注意以下問題；。一個新的末端執(zhí)行器的出現(xiàn)，就可以增加一種機械手新的應用場所。因此，根據(jù)作業(yè)的需要和人們的想象力而創(chuàng)造的新的機械手末端執(zhí)行器，將不斷的擴大機械手的應用領域。、被抓取物體的重量及操作力和機械手容許的負荷力。因此，要求機械手末端執(zhí)行器體積小、重量輕、結構緊湊。萬能末端執(zhí)行器在結構上很復雜，甚至很難實現(xiàn)，例如，仿人的萬能機器人靈巧手，至今尚未實用化。目前，能用于生產(chǎn)的還是那些結構簡單、萬能性不強的機械手末端執(zhí)行器。從工業(yè)實際應用出發(fā)，應著重開發(fā)各種專用的、高效率的機械手末端執(zhí)行器，加之以末端執(zhí)行器的快速更換裝置，以實現(xiàn)機械手多種作業(yè)功能，而不主張用一個萬能的末端執(zhí)行器去完成多種作業(yè)。因為這種萬能的執(zhí)行器的結構復雜且造價昂貴。，萬能性是指一機多能，而通用性是指有限的末端執(zhí)行器，可適用于不同的機械手，這就要求末端執(zhí)行器要有標準的機械接口（如法蘭），使末端執(zhí)行器實現(xiàn)標準化和積木化。，易于實現(xiàn)計算機控制。用計算機控制最方便的是電氣式執(zhí)行機構。因此，工業(yè)機械手執(zhí)行機構的主流是電氣式，其次是液壓式和氣壓式（在驅(qū)動接口中需要增加電液或電氣變換環(huán)節(jié)）。末端執(zhí)行器即機械手手爪，多為雙指手爪。按手指的運動方式，可分為回轉(zhuǎn)型和移動型，按夾持方式來分，有外夾式和內(nèi)撐式兩種。機械手夾持器（手爪）的驅(qū)動方式主要有三種 這種驅(qū)動系統(tǒng)是用電磁閥來控制手爪的運動方向，用氣流調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)其運動速度。由于氣動驅(qū)動系統(tǒng)價格較低，所以氣動夾持器在工業(yè)中應用較為普遍。另外，由于氣體的可壓縮性，使氣動手爪的抓取運動具有一定的柔順性，這一點是抓取動作十分需要的。 電動驅(qū)動手爪應用也較為廣泛。這種手爪，一般采用直流伺服電機或步進電機，并需要減速器以獲得足夠大的驅(qū)動力和力矩。電動驅(qū)動方式可實現(xiàn)手爪的力與位置控制。但是，這種驅(qū)動方式不能用于有防爆要求的條件下，因為電機有可能產(chǎn)生火花和發(fā)熱。 液壓驅(qū)動系統(tǒng)傳動剛度大，可實現(xiàn)連續(xù)位置控制。利用楔塊與杠桿來實現(xiàn)手爪的松開和夾緊，來實現(xiàn)抓取工件。 當活塞向前運動時，滑槽通過銷子推動手爪合并，產(chǎn)生夾緊動作和夾緊力，當活塞向后運動時，手爪松開。這種手爪開合行程較大，適應抓取大小不同的物體。這種手爪在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產(chǎn)生夾緊（放松）運動，由于杠桿的力放大作用，這種手爪有可能產(chǎn)生較大的夾緊力。通常與彈簧聯(lián)合使用。這種手爪通過活塞推動齒條，齒條帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生手爪的夾緊與松開動作。采用平行四邊形機構，因此不需要導軌就可以保證手爪的兩手指保持平行運動，比帶有導軌的平行移動手爪的摩擦力要小很多。由于本設計所采用標準氣爪，不需要進行設計，直接選型即可。本設計要求機械手手爪的最大持重m=2Kg，根據(jù)具體的工作要求，選擇標準平行開閉型氣爪，其結構如圖31所示。當A口進氣B口排氣時，氣缸活塞桿1伸出，通過杠桿2繞杠桿軸8回轉(zhuǎn)，帶動兩個手指4通過一組鋼球3在導軌5上作向外直線運動，兩手指便張開，松開工件。止動塊6限制手指張開行程，定位