多感官模块化dlr-hit灵巧手的硬件和软件架构[外文翻译].doc

附件C：译文

多感官模块化DLR-HIT灵巧手的硬件和软件架构

刘宏，IEEE会员，Peter Meusel, Gerd Hirzinger, IEEE会员，金明河，刘伊威，谢宗武

摘要：本论文介绍了最近开发的具有多感官且结构紧凑的德国宇航中心（DLR）—哈尔滨工业大学（HIT）灵巧手的硬件和软件设计。该灵巧手具有4个相同的手指组成，还有一个相对于手掌开合的自由度。在每一个手指，有一个现场可编程
门阵列（FPGA）收集数据，无刷直流电机驱动，通过点于点的串行通信方式(PPSeCo)完成与手掌中的FPGA通信。基于浮点DSP的高速数据处理和FPGA与手掌FPGA的高速（可达25Mb/s）时时串行通信，硬件系统的核心是可编程通信接口(PCI)。为了实现灵巧手的高度模块化和可靠性，高度机电一体化和模拟信号就地数字化可以实现尺寸最小化和电缆数目（包括电源线共5根）最少和防止数据通信被外界干扰。并且按照灵巧手的硬件结构，建立起一个分层次的软件结构去执行数据处理和对灵巧手的控制。它提供基本的应用编程接口的功能去连接所有硬件资源的数据获取，并计算和远程控制。加上精细的包装设计，灵巧手看起来更加像人手。
索引词：机器人灵巧手，DSP，可编程门阵列（FPGA），模块化

Ⅰ.介绍
机器人灵巧手的研发是一个许多研究人员从事的具有挑战性的工作。在过去的三十年中，已经研制出许多机器人灵巧手[1]-[5]。这些设备使机器人灵巧手抓取和操纵物体成为了可能。自从1997年开始，德国宇航中心就已经开发出两代多感官机器人灵巧手：DLR灵巧手Ⅰ[6]和Ⅱ[7]。两种手都是高度集成化的多感官机电一体化的灵巧手。在DLRⅠ灵巧手的经验的基础上，研制出了更加强大、更加可靠的DLRⅡ灵巧手。在手和主微处理器间的线路明显减少，由400多条减少到只有12条。无刷直流电机，谐波减速器，带传动和差动伞齿轮传动的优化组合使指尖力高达30N。大拇指的一个额外自由度不仅使灵巧手能够有力的抓取并且还能更好的操作物体。人们都清楚地认识到，DLRⅡ灵巧手是世界上最好的灵巧手之一。尽管如此，在另一个方面，由于它的高度集成化，制造出这样一个灵巧手并不容易，尤其是电机都是特殊设计并且霍尔模拟传感器都必须小心粘贴和校准的驱动系统。自从2001年起，在DLRⅡ灵巧手设计经验的基础上，哈尔滨工业大学