7、TORVEastro机器人运动学与手臂控制设计解析

TORVEastro机器人运动学与手臂控制设计解析

1. 引言

TORVEastro项目旨在研发一款能协助宇航员在轨道空间站进行舱外活动（EVA）的新型服务机器人，其典型任务包括外部设施的监控和维护。设计符合太空环境独特要求的机器人执行器机制和解决方案是主要挑战，因此机器人控制系统的可靠性和准确性至关重要。在2020年制作出缺乏控制的初始粗糙原型后，现在已在更高技术成熟度（TRL）的运动机器人上实现了低级控制算法，从单臂开始，后续可扩展到整个机器人。

2. 机器人手臂运动学及其架构

• 机械结构 ：TORVEastro机器人有一个圆柱形中央主体，上面对称安装着三个相同的弯曲手臂。每个手臂由三个刚性机械连杆通过旋转关节连接，具有三个自由度，末端可使用抓爪。这种弯曲设计使机器人在存放时更紧凑。
• 电机单元 ：每个手臂对应一组三个电机的电机单元，代表拟人化的手臂肩部。电机单元分为两部分，第一部分连接主体框架，包含一个可使第二部分旋转360度的执行器（电机1）；第二部分有两个执行器，分别驱动电缆驱动的手臂（电机2）和前臂（电机3），每个手臂和前臂由两根电缆驱动。电缆穿过手臂和前臂以保护其免受环境影响。
• 运动学链 ：从运动学角度看，每个手臂构成一个串联开式运动链。第一连杆通过第一关节（关节1）连接到中央主体，第二连杆通过第二关节（关节2）连接到第一连杆，第三连杆通过第三关节（关节3）连接到第二连杆。关节2和关节3是被动旋转轴，关节1与执行器刚性连接。所有九个执行器都布置在机器人主体内部，关节2和关节3的运动通过特定皮带