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附錄一 外文譯文
機(jī)械手生產(chǎn)設(shè)計(jì)的進(jìn)化和發(fā)展
摘要
信息物理系統(tǒng)的出現(xiàn)已經(jīng)在機(jī)器人協(xié)作制造的背景下提高了利用率。完成這樣要求的一種方法是通過(guò)制造更便宜的，更加容易制造的機(jī)器人，它們能夠通過(guò)中小企業(yè)進(jìn)行制造。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本實(shí)驗(yàn)利用了快速原型機(jī)制造技術(shù)開發(fā)能夠通過(guò)信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)開發(fā)的可定制機(jī)器人操作器。因此，本研究有助于設(shè)計(jì)連接型和快速原型機(jī)器人。這種方法同時(shí)考慮了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人機(jī)械手所需的軟件和硬件的發(fā)展。此外，生成設(shè)計(jì)，一種被用來(lái)進(jìn)化和人工智能為基礎(chǔ)的方法，用于設(shè)計(jì)機(jī)器人關(guān)節(jié)之間的鏈接模塊。該組件已被定義為理想的設(shè)計(jì)并且通過(guò)此方法，它可以有利于與快速原型耦合的生成設(shè)計(jì)方法的大部分。本文還探討了基于因特網(wǎng)控制技術(shù)的機(jī)器人機(jī)械手的控制結(jié)構(gòu)在信息物理系統(tǒng)中的貫徹。
1.介紹
1.1信息物理系統(tǒng)
CPPS由自主合作系統(tǒng)（例如智能機(jī)器）和子系統(tǒng)（例如智能工廠）組成。它們依靠著情境而來(lái)互相聯(lián)系。在所有生產(chǎn)層次上，從過(guò)程級(jí)到工廠級(jí)和生產(chǎn)級(jí)。
實(shí)施CPPS的主要驅(qū)動(dòng)因素之一是生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)適應(yīng)性和進(jìn)化的需要，不斷變化的生產(chǎn)系統(tǒng)需求可以追溯其起源于易變的客戶行為和不斷發(fā)展的產(chǎn)品。
需要適應(yīng)顧客的需要也就暗示著生產(chǎn)系統(tǒng)需要利用有高效率的生產(chǎn)系統(tǒng)同時(shí)也適應(yīng)制造環(huán)境的需要。由于機(jī)器人提供高效率和精確性，同時(shí)不犧牲靈活性，信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)的出現(xiàn)帶來(lái)了機(jī)器人的增加利用。也就是說(shuō)，隨著協(xié)作和連接機(jī)器人的出現(xiàn)，機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)正在發(fā)生變化。這一趨勢(shì)在達(dá)沃斯世界經(jīng)濟(jì)論壇上也得到了強(qiáng)調(diào)，它將先進(jìn)的機(jī)器人識(shí)別為工業(yè)4.0背后的主要技術(shù)驅(qū)動(dòng)力之一。
1.2合作和可聯(lián)系的機(jī)器人技術(shù)
這就是說(shuō)，這并不意味著人類將完全從車間中移除。事實(shí)上，在詳細(xì)的研究和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，菲佛認(rèn)為，在將來(lái)的車間內(nèi)，人類的經(jīng)驗(yàn)將仍然是需要的。由此可見(jiàn)，人類和機(jī)器人在制造業(yè)合作的需求將在未來(lái)幾年內(nèi)增加。為了證實(shí)這一說(shuō)法，布魯斯對(duì)機(jī)器人公司的關(guān)鍵管理者進(jìn)行了討論，并基于這種CIN對(duì)這種日益增長(zhǎng)的需求的反應(yīng)，實(shí)際上可以看出所有主要機(jī)器人制造商是如何引入他們的陣容的。
為了在CPPS中貫徹實(shí)施，這些機(jī)器人需要容易地連接到控制制造操作的控制系統(tǒng)。CPPS的核心是分散或局部控制。這種本地化的CPPS是通過(guò)使用具有嵌入式處理和聯(lián)網(wǎng)能力的機(jī)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些能力擁有著分布式認(rèn)知控制的第三個(gè)特性。這種分布式控制越來(lái)越受歡迎，具有使用認(rèn)知處理來(lái)分析從機(jī)器傳感器收集的數(shù)據(jù)的能力，這允許對(duì)CPPS控制的分散。
持續(xù)適應(yīng)的需求也推動(dòng)了實(shí)施插裝生產(chǎn)概念方法的發(fā)展。插裝生產(chǎn)允許根據(jù)生產(chǎn)需要從生產(chǎn)系統(tǒng)中添加和移除生產(chǎn)系統(tǒng)的不同元件。
這種插頭和生產(chǎn)的概念也允許模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的開發(fā)。正如幾位作者所解釋的，Schleipen等人、OnRi和MaEDA。插裝的概念不僅必須支持機(jī)械功能，而且還需要開發(fā)新的和改進(jìn)的軟件和控制范例。
1.3機(jī)器人的民主化
大公司有專門的開發(fā)團(tuán)隊(duì)，也有實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)的投資潛力。據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟(International Federation for Robotics)報(bào)道，2015年全球機(jī)器人銷量增長(zhǎng)了15%，達(dá)到253,748臺(tái)，創(chuàng)造了一年以來(lái)的最高水平。
這些先進(jìn)的制造技術(shù)同樣也不能被說(shuō)成中小企業(yè)，盡管中小企業(yè)比大公司占了最大的比例。因此，如果正如Sommer所描述的那樣，中小企業(yè)并不是工業(yè)4.0的第一個(gè)受害者，那么就有必要使機(jī)器人技術(shù)的使用民主化。
技術(shù)的民主化是指更多的人快速獲得技術(shù)的過(guò)程。滿足這一需求的一種方法是通過(guò)開發(fā)更廉價(jià)和更可定制的機(jī)器人來(lái)促進(jìn)機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)，這些機(jī)器人可以很容易地由中小型企業(yè)實(shí)現(xiàn)。
由于中小型企業(yè)對(duì)工業(yè)4.0技術(shù)的投資意愿較低，提供更便宜的機(jī)器人可能會(huì)增加機(jī)器人的使用。此外，使機(jī)器人易于連接和訓(xùn)練也可以解決中小型企業(yè)對(duì)機(jī)器人使用和實(shí)現(xiàn)的任何保留。這些方法同時(shí)提供了一個(gè)機(jī)器人平臺(tái)的可能性，可以為中小企業(yè)廣泛變化的需求定制，也會(huì)增加機(jī)器人技術(shù)和工業(yè)4.0技術(shù)。
1.4實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)
為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，本研究旨在利用快速原型技術(shù)開發(fā)可定制的機(jī)器人操作器，這些技術(shù)可以在信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。為了盡量減少機(jī)械手的重量和成本，這種方法利用了一種生成設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)器人關(guān)節(jié)之間的連接。生成設(shè)計(jì)是一種進(jìn)化和人工智能方法，并在第2節(jié)中進(jìn)一步討論。其他處理類似的方法也在第3節(jié)中提出。第4節(jié)描述了用于開發(fā)機(jī)器人機(jī)械手的方法。第5節(jié)給出原型設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。本研究的結(jié)論和未來(lái)工作將在第6節(jié)提出。
2 生成設(shè)計(jì)
生成設(shè)計(jì)并不是一個(gè)新概念，它有時(shí)被稱為進(jìn)化設(shè)計(jì)，它指的是在這個(gè)計(jì)算過(guò)程中使用的搜索技術(shù)和進(jìn)化算法。在參考文獻(xiàn)[11]中，本特利和韋克菲爾德描述了一個(gè)原型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用一種遺傳算法從零起點(diǎn)進(jìn)化出新的概念設(shè)計(jì)。在這種方法中，原型系統(tǒng)創(chuàng)建了新的設(shè)計(jì)，并使用遺傳算法對(duì)這些設(shè)計(jì)進(jìn)行迭代優(yōu)化。遺傳算法利用了這些原理。在自然中發(fā)現(xiàn)的進(jìn)化首先產(chǎn)生一個(gè)解決方案，然后“復(fù)制”最適合的解決方案。通過(guò)隨機(jī)交叉和變異操作將這些適合父母的基因型組合起來(lái)，生成后代。賓利和韋克菲爾德的設(shè)計(jì)系統(tǒng)由三個(gè)要素組成:
在設(shè)計(jì)過(guò)程中，適當(dāng)?shù)乇硎緦?shí)體對(duì)象，使計(jì)算機(jī)能夠有效地操縱候選設(shè)計(jì)。
xA改進(jìn)的遺傳算法從零進(jìn)化出這樣的代表設(shè)計(jì)。
xEvaluation軟件指導(dǎo)演進(jìn)過(guò)程。
正如參考文獻(xiàn)[12]所解釋的，概念設(shè)計(jì)過(guò)程可以作為一個(gè)優(yōu)化過(guò)程提出。為了達(dá)到一個(gè)解決方案并確定一組規(guī)則，以評(píng)估針對(duì)特定設(shè)計(jì)問(wèn)題的解決方案的適用性。這些方法充分利用了進(jìn)化計(jì)算的創(chuàng)造性，以便發(fā)現(xiàn)可能沒(méi)有被人類設(shè)計(jì)者發(fā)現(xiàn)的解決方案。因此，這種設(shè)計(jì)技術(shù)可以用來(lái)提高設(shè)計(jì)開發(fā)對(duì)人類設(shè)計(jì)師的支持，同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程的中心保持設(shè)計(jì)師。Krish在其生成設(shè)計(jì)過(guò)程中也描述了這種協(xié)同開發(fā)方法。Krish解釋了設(shè)計(jì)師如何明確定義約束信封，其中定義了解決方案的幾何可行性。正如Sun等人所解釋的，使用這種進(jìn)化技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)自動(dòng)化不僅可以提高設(shè)計(jì)的功能，而且還可以減少開發(fā)時(shí)間，降低成本，特別是在設(shè)計(jì)復(fù)雜組件時(shí)。
3 當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r
在本節(jié)中，作者展示了與本研究主題相關(guān)的藝術(shù)狀態(tài)。使用生成設(shè)計(jì)。生成設(shè)計(jì)的一個(gè)應(yīng)用在一個(gè)具有相對(duì)復(fù)雜特征的典型微球端銑刀的設(shè)計(jì)中得到了解釋。通過(guò)生成設(shè)計(jì)方法對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行分析，生成所需運(yùn)動(dòng)軸的數(shù)量和性質(zhì)。本研究在設(shè)計(jì)一種新型五軸激光機(jī)的過(guò)程中進(jìn)行了分析。
另一個(gè)應(yīng)用是Lee的一個(gè)進(jìn)化系統(tǒng)用于自動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)。這項(xiàng)工作探索了不同的設(shè)計(jì)問(wèn)題，從機(jī)器人的簡(jiǎn)單行為控制器，到復(fù)雜的行為控制器，最后是完成一個(gè)完整的機(jī)器人系統(tǒng)，包括控制器和物理結(jié)構(gòu)。
生成設(shè)計(jì)的一個(gè)有趣的應(yīng)用是Saravanan等人在機(jī)器人夾子的設(shè)計(jì)中獲得了最優(yōu)的幾何尺寸?；谒麄儗?shí)驗(yàn)的成功，本研究的作者得出結(jié)論，這項(xiàng)工作為進(jìn)一步研究如何利用智能技術(shù)解決復(fù)雜的工程優(yōu)化問(wèn)題打開了方便之門。
生成設(shè)計(jì)也被用來(lái)優(yōu)化3D打印應(yīng)用。其中一種方法是asadio - eydivand等在骨組織工程中使用3D打印支架。本研究成功地利用進(jìn)化算法探索不同的3D打印參數(shù)。
正如Onal等人所解釋的那樣，打印機(jī)器人的能力為現(xiàn)代的、真實(shí)的機(jī)器人應(yīng)用程序引入了一種快速且低成本的制造方法。采用3D打印技術(shù)開發(fā)基于折紙結(jié)構(gòu)的機(jī)器人。雖然這些機(jī)器人目前還沒(méi)有合適的工業(yè)應(yīng)用，但它們展示了3D打印技術(shù)的實(shí)用性，以成本效益的方式打印復(fù)雜結(jié)構(gòu)，同時(shí)為新的創(chuàng)新設(shè)計(jì)打開了大門。
Bulgarelli等也采用了類似的方法，開發(fā)了一種低成本、開源的3D打印技術(shù)的機(jī)器人手。本研究采用的一種有趣的方法是，開發(fā)的硬件和軟件都是在線提供的，以促進(jìn)社區(qū)的進(jìn)一步改進(jìn)。開源社區(qū)為了促進(jìn)機(jī)器人的民主化。Armesto等實(shí)際上認(rèn)為，3D打印技術(shù)的廣泛應(yīng)用使機(jī)器人社區(qū)有機(jī)會(huì)接觸到更廣泛的公眾。本研究實(shí)際上提出了一種用于工程教育的低成本可打印機(jī)器人的設(shè)計(jì)。
在文獻(xiàn)綜述中，作者可以得出結(jié)論，沒(méi)有辦法將3D打印的機(jī)器人與在CPPS中使用的生成設(shè)計(jì)方法結(jié)合起來(lái)。如第1節(jié)所述，這種方法將降低實(shí)現(xiàn)成本，從而維持機(jī)器人的民主化，從而支持中小型企業(yè)執(zhí)行CPPS。
4 支撐著生成設(shè)計(jì)的過(guò)程
為了保證CPPS的即插即用概念，需要使用一種方法來(lái)考慮信息網(wǎng)絡(luò)透視圖。因此，為了開發(fā)這樣的系統(tǒng)，需要采用一種方法。本文對(duì)幾種設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了綜述。雖然它們都突出了CPPS的多個(gè)透視圖，但這些都沒(méi)有說(shuō)明從需求到最終設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過(guò)程。這種缺乏CPPS的設(shè)計(jì)方法也得到了Fisher等人的強(qiáng)調(diào)。
因此，設(shè)計(jì)了基本的設(shè)計(jì)周期[26]。該設(shè)計(jì)過(guò)程如圖1所示，因此在本研究中使用，以開發(fā)網(wǎng)絡(luò)連接的機(jī)器人機(jī)械手。
CPPS設(shè)備的這個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程描述了從目標(biāo)(需求)到方法(經(jīng)過(guò)批準(zhǔn)的設(shè)計(jì))的設(shè)計(jì)周期。在這一設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)者可以利用人工智能的生成設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)自動(dòng)化設(shè)計(jì)合成、模擬和評(píng)估活動(dòng)。也就是說(shuō)，這并不能消除設(shè)計(jì)過(guò)程中的設(shè)計(jì)師。本研究提供的設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)人在循環(huán)系統(tǒng)。因此，雖然設(shè)計(jì)過(guò)程的一些活動(dòng)可能是自動(dòng)化的，但最終決定批準(zhǔn)設(shè)計(jì)的還是設(shè)計(jì)師。
圖1 一個(gè)CPPS設(shè)備的生成設(shè)計(jì)周期
此外，設(shè)計(jì)周期說(shuō)明了在CPPS的合成設(shè)計(jì)過(guò)程中，物理和網(wǎng)絡(luò)組件是如何被考慮的。此外，為了滿足系統(tǒng)的要求，CPPS設(shè)備還必須使用可實(shí)現(xiàn)技術(shù)，如可配置性、模塊化、可診斷性和可連接性。
5 原型的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)
5.1物理組件的設(shè)計(jì)
物理組件設(shè)計(jì)過(guò)程導(dǎo)致機(jī)器人機(jī)械手的物理接口。物理系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用一組機(jī)器人關(guān)節(jié)模塊，其中一些模塊由一個(gè)鏈路模塊連接。機(jī)器人機(jī)械手一旦產(chǎn)生和裝配，本質(zhì)上就是一個(gè)鉸接機(jī)器人，如圖2所示。機(jī)械手是在關(guān)節(jié)模塊中使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。
5.1.1可構(gòu)成設(shè)計(jì)
為了滿足不同工業(yè)應(yīng)用的定制要求，通過(guò)選擇、添加和移除關(guān)節(jié)和鏈路模塊來(lái)配置物理機(jī)器人機(jī)械手設(shè)計(jì)。機(jī)器人機(jī)械手的主要結(jié)構(gòu)如圖2所示，其自由度為6。這意味著機(jī)械手是由六個(gè)關(guān)節(jié)組成的，每個(gè)關(guān)節(jié)都是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。六自由度確保末端執(zhí)行器能夠到達(dá)機(jī)械手工作空間內(nèi)的任何位置和方向。采用不同的步進(jìn)電機(jī)尺寸和齒輪比，以最大限度地提升1.5公斤的負(fù)荷。
5.1.2 3d打印設(shè)計(jì)
由于機(jī)器人的機(jī)械手主要是快速原型，在原型制作過(guò)程中需要考慮幾個(gè)因素和限制因素。融合沉積模型(FDM)和立體成像(SLA)作為快速成型的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程是根據(jù)每個(gè)部分的幾何形狀來(lái)選擇的。其中一個(gè)側(cè)面有重要幾何形狀的部件是使用SLA的3D打印的，例如特別設(shè)計(jì)的齒輪。把重要的幾何形狀與支撐材料放在一起，對(duì)保持幾何形狀是很重要的。
圖2 機(jī)械手的裝配模型
另一方面，在一個(gè)側(cè)面有一個(gè)平面的部分是用FDM印刷的，那一面被放在了印刷床上。當(dāng)3D打印部件在內(nèi)部和不可到達(dá)的部分需要支撐材料時(shí)，也鼓勵(lì)使用FDM。在這些情況下使用可溶性支架，使支架材料在后處理過(guò)程中易于移動(dòng)。
在設(shè)計(jì)3D打印時(shí)，考慮的一個(gè)重要因素是重量的最小化。在使用CAD建模的同時(shí)，設(shè)計(jì)了幾個(gè)部件，以使壁厚達(dá)到最小。這第一步導(dǎo)致了尋找其他可能的減肥方法。這包括減少連接模塊的直徑，導(dǎo)致所有內(nèi)部部件也變得更小，因而更輕。
5.2生成設(shè)計(jì)
另一種減輕重量的方法是在不必要的大體積的零件上制造出洞。因此，如第1.4節(jié)所述，連接機(jī)器人關(guān)節(jié)的鏈接模塊是選擇性的，作為演示生成設(shè)計(jì)使用的理想案例研究。在Autodesk發(fā)明人CAD系統(tǒng)中使用形狀生成器函數(shù)實(shí)現(xiàn)了生成設(shè)計(jì)練習(xí)。
5.2.1構(gòu)建容量和設(shè)計(jì)約束
第一步是創(chuàng)建部件模型的構(gòu)建卷或近似。一個(gè)圓柱形的形狀被用作鏈接模塊的原始構(gòu)建卷。在定義了構(gòu)建卷之后，下一步是定義隔離區(qū)域。生成設(shè)計(jì)過(guò)程在創(chuàng)建引導(dǎo)形狀時(shí)不會(huì)修改這些區(qū)域。最后給出了應(yīng)用于該零件的約束和力。然后在自動(dòng)模擬臨時(shí)設(shè)計(jì)解決方案時(shí)使用這些標(biāo)準(zhǔn)，以評(píng)估每個(gè)解決方案滿足設(shè)計(jì)需求的能力?；跈C(jī)器人機(jī)械手的設(shè)計(jì)，本案例研究使用的標(biāo)準(zhǔn)是在中軸線上可以承受的力。
圖3所示的模型說(shuō)明了應(yīng)用于鏈路模塊的初始構(gòu)建量和設(shè)計(jì)約束。需要注意的是，這個(gè)物理組件的設(shè)計(jì)是為了通過(guò)電力驅(qū)動(dòng)的線路而需要的隔離區(qū)域。
5.2.2形狀的生成
根據(jù)指定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在Autodesk Inventor中運(yùn)行了一個(gè)形狀生成器研究。該算法生成的網(wǎng)格如圖4所示。
圖3 生成設(shè)計(jì)約束
圖4 由生成設(shè)計(jì)過(guò)程產(chǎn)生的網(wǎng)格
網(wǎng)格可以作為設(shè)計(jì)者的指導(dǎo)。
通過(guò)剪切、擠壓和其他特性編輯來(lái)修改構(gòu)建卷模型。設(shè)計(jì)師的編輯改變了。
從近似到組件設(shè)計(jì)的生成設(shè)計(jì)。
5.2.3結(jié)果
生成設(shè)計(jì)練習(xí)的結(jié)果如圖5所示。這種設(shè)計(jì)保持了相同的結(jié)構(gòu)完整性，但在重量和建造時(shí)間上都大大減少了，因此也降低了機(jī)器人操縱器的整體成本。
5.3 網(wǎng)絡(luò)組件設(shè)計(jì)
5.3.1要求
該設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是鼓勵(lì)與其他系統(tǒng)的集成，并鼓勵(lì)系統(tǒng)集成商進(jìn)一步開發(fā)。集成必須以簡(jiǎn)單和快速的方式在硬件和軟件領(lǐng)域進(jìn)行。系統(tǒng)必須基于標(biāo)準(zhǔn)化或開源軟件控制和開發(fā)工具。為了維護(hù)一個(gè)民主的設(shè)計(jì)，控制硬件必須基于商業(yè)上的貨架部件(COTS)，從而實(shí)現(xiàn)低成本的解決方案。
圖5 生成設(shè)計(jì)的訓(xùn)練結(jié)果
5.3.2工業(yè)因特網(wǎng)
基于因特網(wǎng)硬件的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)作為控制系統(tǒng)的骨干。有多個(gè)相關(guān)的工業(yè)因特網(wǎng)協(xié)議，為這個(gè)解決方案選擇的是EtherCAT。
EtherCAT是一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)物理層(Ethernet PHY)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)是確定性的，可以在實(shí)時(shí)環(huán)境中使用。它支持比其他工業(yè)網(wǎng)絡(luò)更短的周期，這使得它適合運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用。除了適當(dāng)?shù)男阅?，EtherCAT還提供了其他因素，使它適合用于機(jī)器人技術(shù)民主化的系統(tǒng)。
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)建立在因特網(wǎng)的基礎(chǔ)上時(shí)，他們通常需要一個(gè)托管的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，每一個(gè)EtherCAT設(shè)備都有兩個(gè)因特網(wǎng)PHYs，通過(guò)一個(gè)daisy鏈配置來(lái)連接它們，如果一個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥銐虻脑?，就可以消除?duì)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的需求。此外，EtherCAT的從屬設(shè)備負(fù)責(zé)控制網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間，而不需要專門的主網(wǎng)絡(luò)控制器。因此，EtherCAT網(wǎng)絡(luò)中的主設(shè)備可以使用通用COTS Ethernet網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)，從而降低實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)絡(luò)的成本。使用標(biāo)準(zhǔn)的NIC可以通過(guò)使用任何具有基本以太網(wǎng)功能的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)EtherCAT主機(jī)，這包括使用一個(gè)樹莓Pi，開發(fā)人員認(rèn)為合適。EtherCAT是一種開源技術(shù)，它鼓勵(lì)開發(fā)硬件和軟件來(lái)使用這種技術(shù)。
5.3.3 機(jī)器人控制
如圖6所示，機(jī)器人控制器基于ATMega2560，通過(guò)Arduino/Genuino開發(fā)平臺(tái)開發(fā)。除了與Arduino開發(fā)解決方案所需的低成本之外，龐大的用戶群對(duì)各種項(xiàng)目做出貢獻(xiàn)，縮短和簡(jiǎn)化了微控制器開發(fā)周期。
如圖6所示，單片機(jī)通過(guò)微芯片的LAN9252接口連接到EtherCAT網(wǎng)絡(luò)。
使用SPI通信的從設(shè)備的EtherCAT控制器。基于LAN9252的Arduino平臺(tái)的COTS附加組件(shield)是由AB&T Srl生產(chǎn)的。機(jī)器人控制器從它的EtherCAT主機(jī)接收聯(lián)合位置數(shù)據(jù)，然后從聯(lián)合位置轉(zhuǎn)換到所需的脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。
圖6 機(jī)械手的控制
6 結(jié)論
因此，該研究為設(shè)計(jì)連接的快速原型機(jī)械機(jī)器人提供了一種方法。這種方法考慮了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人操作器所需的軟件和硬件開發(fā)。此外，這種方法演示了生成設(shè)計(jì)，一種進(jìn)化和人工智能方法，來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)器人關(guān)節(jié)之間的連接。
該鏈接模塊被認(rèn)為是利用生成設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)和快速原型設(shè)計(jì)的理想組件。本文還探討了一種基于以太網(wǎng)控制技術(shù)的機(jī)器人機(jī)械手控制結(jié)構(gòu)，用于網(wǎng)絡(luò)物理生產(chǎn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。未來(lái)的工作將包括對(duì)機(jī)器人機(jī)械手的測(cè)試，以確定系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，并確定進(jìn)一步改進(jìn)的領(lǐng)域。
附錄二 外文原文