1、平面铰接机器人重力补偿的模块化方法

平面铰接机器人重力补偿的模块化方法

1 引言

在机器人设计中，抵抗机器人连杆重量引起的关节扭矩所需的执行器功率是一个重要问题。重力补偿是一种广为人知的技术，可在整个运动范围内实现平衡，从而减轻执行器的负载。通过重力补偿，机器人系统可以使用产生较小扭矩的相对较小的执行器进行操作，因此在许多情况下，它是值得采用且普遍应用的技术。

重力补偿所使用的力的类型及其在机器人系统中的布置方式多种多样，包括弹性弹簧力、配重、气动或液压缸、电磁力等。补偿系统可以安装在初始机器人结构的连杆上，也可以安装在与之相连的辅助连杆上。

1.1 重力补偿的意义

机器人和机械装置的重力补偿在过去几十年一直是一个有吸引力的研究主题。其目的是减轻机器人连杆和负载质量所受重力的影响。完美的重力补偿可以完全消除机器人关节处的重力扭矩，使机器人在任何配置下都能在执行器零输入扭矩的情况下保持自身状态。而近似的重力补偿只能减少重力扭矩，需要施加较小的力才能使机器人在某一配置下保持静止。对于低速机器人操作，重力补偿对机器人更为有益，因为重力扭矩在其驱动扭矩中占比最大。此外，重力补偿还能带来其他好处，如降低能耗、减小执行器尺寸、降低机器人的结构柔度、提高安全性和动态响应等。

1.2 重力补偿的方法

机器人的重力补偿通常通过附加储能元件（主要是配重和弹簧）来抵消连杆质量和负载引起的重力扭矩。在静态平衡时，具有重力补偿的机器人的势能在任何配置下都是恒定的，这一条件通常用于确定储能元件的参数及其与机器人的连接方式。

• 配重方法 ：旨在使系统（包括机器人连杆、负载和添加的配重）的总质心在运行过程中保持