7、机器人多自由度平衡及其应用

机器人多自由度平衡及其应用

1. 不同类型CBM的比较

在机器人设计中，平衡机构（CBM）起着至关重要的作用，不同类型的CBM具有各自独特的优缺点。以下是四种常见类型CBM的详细比较：
| 类型 | 优点 | 缺点 |
| — | — | — |
| 拉伸弹簧型 | - 设计简单直观
- 无屈曲问题
- 无需弹簧导向装置 | - 需要多个弹簧以提供足够的补偿扭矩
- 体积相对较大 |
| 钢丝型 | - 完美的平衡效果
- 体积小、重量轻 | - 钢丝耐久性问题
- 难以调整弹簧预紧力 |
| 连杆型 | - 耐久性好
- 结构紧凑、纤细 | - 平衡效果不完全理想 |
| 齿轮型 | - 完美的平衡效果
- 耐久性好 | - 体积和重量相对较大
- 需要齿轮润滑 |

连杆型和齿轮型CBM基于压缩弹簧，而拉伸弹簧型CBM则利用拉伸弹簧。一般来说，压缩弹簧的刚度比拉伸弹簧大。由于拉伸弹簧的特性，在相同线圈直径下，其最大力和变形较小，因此难以增加补偿扭矩的大小。为了解决这个问题，需要并联使用多个拉伸弹簧，这会导致CBM的体积增大。不过，拉伸弹簧不会发生屈曲，因此不需要像压缩弹簧那样使用弹簧导向装置来防止在压缩过程中发生屈曲。

2. 多自由度平衡

大多数机器人手臂具有6或7个自由度，其中2或3个自由度会受到重力的影响。简单独立地在受重力影响的连杆上实现两到三个单自由度平衡机构（CBM），并不能提供完美的平衡效果。因此，对于具有多个关节的机器人手臂，需要引入多自由度平衡的新概念。

2.1 连续俯仰关节CB