創(chuàng)澤機(jī)器人 |
CHUANGZE ROBOT |
具有3自由度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動能力的腕關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)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(yùn)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(yùn)動范圍或扭矩輸出。盡管一些假肢在設(shè)計(jì)中加入了3自由度手腕,但串行3自由度手腕設(shè)備在機(jī)器人應(yīng)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(jìn)電機(jī)(S)
被動串行3自由度:除了那些簡單組合現(xiàn)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(guān)節(jié)的單自由度旋轉(zhuǎn)器,形成了一個RU鏈,設(shè)計(jì)類似于MC Flexion腕部。
主動串聯(lián)3自由度:實(shí)現(xiàn)3自由度主動運(yùn)動最常見的方法是將主動旋轉(zhuǎn)器串聯(lián)布置,軸線在不同方向上,這種方法被用于修復(fù)術(shù)和機(jī)器人技術(shù)。由約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的模塊化假肢,使用了一個位于旋前的旋轉(zhuǎn)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(jī)械臂應(yīng)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(guān)節(jié)的軸在一個共同點(diǎn)上相交球形末端執(zhí)行器運(yùn)動,并為機(jī)器人手臂更近端的關(guān)節(jié)提供平移運(yùn)動與球形手腕運(yùn)動解耦。當(dāng)兩個“滾”軸共線時,這種設(shè)計(jì)常常導(dǎo)致在零位置出現(xiàn)奇異點(diǎn)。然而,在包裝約束的運(yùn)動范圍和靈活性(輥電機(jī)和齒輪系可以放置遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)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(nèi)的俯仰和其中一個滾轉(zhuǎn)角通常是通過傘齒輪差速器驅(qū)動的,這使得電機(jī)可以沿著腕關(guān)節(jié)的縱向放置,節(jié)省空間,并可能減少轉(zhuǎn)動慣量。滾-槳-滾設(shè)計(jì)也用于類人機(jī)器人、用于衛(wèi)星服務(wù)的機(jī)器人手臂和外科機(jī)器人手腕,代替使用第二列滾動關(guān)節(jié),一些手腕設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)3自由度的運(yùn)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(yīng)于人手腕的徑向偏差。當(dāng)偏航軸與俯仰軸和滾轉(zhuǎn)軸相交時,該機(jī)構(gòu)通常被認(rèn)為是一個球形腕關(guān)節(jié),也可以被認(rèn)為是一個RU鏈。除了手術(shù)臂和工業(yè)臂,因?yàn)闈L-滾-滾手腕與人的手腕相似,所以也經(jīng)常用于人形或擬人化機(jī)械臂。一些系列腕設(shè)計(jì)選擇使用單一的球關(guān)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?qū)嶋H上是轉(zhuǎn)子,窩接接頭是定子。
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