41、人形机器人手臂与工业机器人混合可变阻抗力控制方法研究

人形机器人手臂与工业机器人混合可变阻抗力控制方法研究

人形机器人手臂研究

在机器人研究领域，制造出像人类手臂一样灵活且能在空间中精确定位的机器人，是众多研究者的目标。例如，日本软银开发的机器人Pepper，虽作为家庭伴侣用于零售店协助顾客，但它的人形机械臂负载能力低，只能执行挥手和握手等简单动作；法国国家应用科学研究所（INSA）开发的7自由度人形机器人手臂，虽具备人类手臂的大部分功能，但整体尺寸和重量过大。因此，研究具有类似人类尺度和高负载能力的人形机器人手臂具有重要意义。

构型设计

人类手臂是一个具有七个自由度的机构，包括肩关节的三个自由度、肘关节的一个自由度和腕关节的三个自由度。肩关节是典型的球窝关节，肘关节是单自由度的铰链关节，腕关节由一个旋转关节和两个二自由度的交叉关节组成。人类手臂的这种冗余结构使其具有灵活性。

为了模仿人类的动作，本次设计采用七自由度构型，即S - R - S构型。三个串联旋转关节作为肩关节，用于前后伸展、屈伸和旋转；一个旋转关节作为肘关节，用于俯仰和倾斜；三个串联旋转关节作为腕关节，用于翻转、俯仰和偏转。为了便于建模和计算，七个关节相互正交，并且在手臂伸展时所有点在一条直线上。

正向运动学构建

为了拟人化设计机械臂，设计的机械臂总长度为700mm，外轮廓直径约为120mm。为了描述机械臂的末端运动，建立了机械臂的DH坐标系，右臂的初始姿态为双臂自然下垂状态。根据建立的连杆坐标系和连杆参数，得到的人形机器人手臂的DH参数如下表所示：
| 编号 | Alpha | a | d/mm | theta |
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