26、柔性机器人平台：设计、制造与性能分析

柔性机器人平台：设计、制造与性能分析

1. 电机单元模块

以往设计采用蜗轮和直流电机，需精确校准以驱动柔性尖端，制造成本高昂。而提出的电机单元模块概念更简单，成本更低且易于制造。该模块仅由步进电机组成，相比直流电机，步进电机精度易控且可变，设置和控制更简单。

电机单元模块包含八个步进电机，每个步进电机连接一根肌腱线，用于操控柔性尖端的运动。每个步进电机模块的设计类似柔性操作器模块，配备稳定器，防止影响肌腱线拉动的旋转运动。

2. 电子模块

平台通过开发的Arduino软件代码进行控制，可用于初步测试和实验中操控操作器的柔性尖端。借助该软件代码，可通过计算机操控柔性尖端。由于原型需要步进电机同时运动来启动柔性操作器的动作，Arduino Mega 2560因其计算能力、多引脚输出和串口，是机器人硬件平台的合适选择。多个端口允许将多个电机连接到微控制器。

Arduino硬件配备了内部设计的个性化电路板，以提供电子模块和电机单元模块之间更好的连接。

3. 设计参数确定

• 弯曲角度确定 ：考虑操作系统中的一个部分，该部分的总弯曲角度取决于两个因素：该部分的关节数量和关节弯曲角度α（假设所有关节的弯曲角度相同）。在肌腱驱动机制中，拉动肌腱线会使操作器运动，导致被拉动的线缩短，从而产生弯曲角度。弯曲角度的极限取决于两个椎骨之间的间隙距离。

从图中可得每个关节的长度变化计算公式：
[LD = d \times \sin\frac{\alpha}{2} - 2GD \times \sin^{2}\frac{\alph