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機器人手腕的系列分享之三自由度手腕

來源:CAAI認知系統(tǒng)與信息處理專委會      編輯:創(chuàng)澤      時間:2020/7/9      主題:其他   [加盟]

具有3自由度旋轉運動能力的腕關節(jié)設計可以任意定位其末端執(zhí)行器。人類的手腕就有3自由度運動的能力,3自由度人工手腕在某些方面優(yōu)于人類的手腕,如運動范圍或扭矩輸出。盡管一些假肢在設計中加入了3自由度手腕,但串行3自由度手腕設備在機器人應用中更普遍。

圖3 三自由度手腕 (a) MC MultiFlex(RU) (b) Barrett W AM Arm (RRR) (c) Kuka LBR iiwa (RRR) (d) Chirikjian球形步進電機(S)

被動串行3自由度:除了那些簡單組合現有的單自由度假體腕部之外,很少有3自由度被動腕部存在,然而,MC Multiflex[圖2(a)]使用了一個帶有彈性偏置U關節(jié)的單自由度旋轉器,形成了一個RU鏈,設計類似于MC Flexion腕部。

主動串聯(lián)3自由度:實現3自由度主動運動常見的方法是將主動旋轉器串聯(lián)布置,軸線在不同方向上,這種方法被用于修復術和機器人技術。由約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室設計的模塊化假肢,使用了一個位于旋前的旋轉器,以及兩個相同的電動單元串聯(lián)放置,它們之間有90度的偏移,用于彎曲和偏移。

串行RRR方法在工業(yè)機械臂應用中非常普遍。許多商用工業(yè)武器,如Kuka k -16、川崎k系列、發(fā)那科M系列、DurrEcoPaint、鴻海/ Foxconnrobot arms和巴雷特WAM[圖2(b)]。這三個關節(jié)的軸在一個共同點上相交球形末端執(zhí)行器運動,并為機器人手臂更近端的關節(jié)提供平移運動與球形手腕運動解耦。當兩個“滾”軸共線時,這種設計常常導致在零位置出現奇異點。然而,在包裝約束的運動范圍和靈活性(輥電機和齒輪系可以放置遠離旋轉中心)使這種配置吸引和適合工業(yè)武器。要注意的是,這些臂內的俯仰和其中一個滾轉角通常是通過傘齒輪差速器驅動的,這使得電機可以沿著腕關節(jié)的縱向放置,節(jié)省空間,并可能減少轉動慣量。滾-槳-滾設計也用于類人機器人、用于衛(wèi)星服務的機器人手臂和外科機器人手腕,代替使用第二列滾動關節(jié),一些手腕設計實現3自由度的運動通過滾動-傾斜-偏航配置。在這種情況下,偏航軸垂直于橫搖軸和俯仰軸,對應于人手腕的徑向偏差。當偏航軸與俯仰軸和滾轉軸相交時,該機構通常被認為是一個球形腕關節(jié),也可以被認為是一個RU鏈。除了手術臂和工業(yè)臂,因為滾-滾-滾手腕與人的手腕相似,所以也經常用于人形或擬人化機械臂。一些系列腕設計選擇使用單一的球關節(jié)而不是串行鏈,雖然整體幾何形狀是一個球和窩接接頭,但球實際上是轉子,窩接接頭是定子。



  



機器人手腕的系列分享之二自由度手腕

2自由度腕部由一個與旋轉器串聯(lián)的屈肌單元組成,形成一個U型關節(jié)。其中一種設備是OBRoboWrist ,它可以同時鎖住前旋和屈曲,當解鎖時,還可以通過轉動手腕上的項圈來調節(jié)運動產生摩擦阻力

機器人手腕的系列分享之二

旋轉器用于使終端設備沿前臂的縱向放出或滾動,而屈肌使終端設備彎曲或俯仰, OB棘輪式旋轉手腕,被動腕部裝置的鎖定也可以通過使用不可反向驅動的機構來實現

機器人手腕的系列分享之一

假肢腕設計的有效基準能夠做3自由度運動,即旋前/旋后、屈伸和橈側/尺側偏移,未受影響的腕關節(jié),其最大活動范圍通常在76度/85度

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