绳驱动机器人被动解耦模块的设计及验证研究

针对绳驱动关节机器人中前后关节独立运动时各关节驱动绳索的运动耦合问题,对绳索的关节耦合关系进行了研究,创新设计了一种新型绳驱动被动解耦机构。采用一种新型的绳索缠绕方式,利用解耦绳索的正反向缠绕带动随动轮以1/2的前端关节角速度运动,使以类似方式走线的两股后端关节驱动绳索在导线轮盘上分别缠绕脱落,避免后端关节驱动绳索在通过前端关节时因前端关节运动而产生绳长变化,以解决绳驱动串联机器人的绳驱关节耦合问题,并搭建了解耦模块验证实验平台,验证了设计的合理性。实验结果表明:该绳驱动被动解耦机构能够补偿前端关节运动导致的后端关节驱动绳索的绳长变化,实现运动耦合的解耦;但受制于绳索自身的弹性,解耦机构在关节换向时会存在一定的解耦误差。

7自由度冗余绳驱动机械臂运动分析及仿真

针对传统机械臂负载自重比小、臂身惯量大、人机交互安全性弱等问题,对绳驱动机械臂的结构、绳驱关节耦合、冗余运动学等方面进行了研究,创新设计了一种新型7自由度冗余绳驱动机械臂。采用绳索间接驱动前端4个关节自由度,作为位置控制;采用电机直接驱动腕部关节3个自由度,作为姿态控制。利用绳索将驱动力从基座电机传递至机械臂关节处,实现驱动机构后置;对绳驱关节耦合问题进行分析,建立了电机-关节耦合映射关系;利用位姿分离方式,结合加权最小范数法,进行机械臂逆运动学冗余位置求解。仿真结果表明:耦合映射关系建立正确,冗余运动学求解准确高效,为绳驱机械臂结构优化、动力学建模奠定了基础。

用于航空发动机原位检测的连续体机器人运动研究

针对航空维修中传统检测手段难以在原位做发动机狭长内部的检测,及传统单芯柱骨架连续体机器人存在易扭曲、运动精度差及控制困难的问题,对连续体机器人的结构和其中各节对灵活性的差异要求进行了研究。利用有限元分析软件,选取了最优结构,设计了一种交错排列双芯柱结构的冗余自由度连续体机器人;基于几何分析方法,建立了单节、多节连续体机器人正逆运动学模型,分析了驱动空间与关节空间,关节空间与操作空间的相互映射关系,并进行了运动仿真和实验。研究结果表明:所设计连续体机器人的工作空间满足检测要求,其轨迹规划合理,能够准确地完成发动机的检测任务。