28、6自由度索驱动并联机器人用于复杂取放任务的设计优化

6自由度索驱动并联机器人用于复杂取放任务的设计优化

1. 引言

在工业领域，高速动态任务的执行常依赖于并联机器人。而索驱动并联机器人（CDPRs）用线缆取代了标准并联机器人的刚性连杆，这一改变使得CDPRs相比其他机器人拥有更大的工作空间和更小的运动质量，同时易于设计且具备简单的可重构性。不过，线缆只能提供拉力，因此要完全控制末端执行器（EE）的n个自由度（DOFs），至少需要m = n + 1根驱动线缆。

取放任务是典型的工业问题，对于经典的取放任务（即三维空间中的纯平移），3自由度的机器人就足够了。但对于更复杂的3D拾取（或料箱拾取）操作，则需要控制EE的更多自由度。因为在这种情况下，被操作的产品在空间中可能具有一般的6自由度姿态，并且机器人不能干扰控制EE运动所需的视觉系统。所以，尽管会降低最大速度和加速度，串行机器人仍常用于执行这些任务。

为解决这一问题，有人提出开发一种CDPR用于执行高动态3D拾取应用。其目标是通过从一堆轻质产品中拾取产品来为自动包装机供料。CDPR似乎很适合这项任务，因为它能保证结构轻巧、可重构、运动快速，并且在拾取区域占用空间小，而视觉系统可从上方获取图像。虽然CDPR已被用于经典的取放操作，但尚未用于3D拾取任务。

CDPR的最优设计在不同领域有不同的研究方法和应用场景，例如：
- 仓储领域；
- 康复领域；
- 建筑立面的建造和维护领域；
- 负载提升领域；
- 经典的3自由度取放领域；
- 无特定任务的通用CDPR领域。

2. 设计、运动学和静力学

为执行高动态任务，需要采用过约束的机器人架构。为保证在各个方向上都有高刚