13、机器人末端执行器设计与运动想象意图识别技术

机器人末端执行器设计与运动想象意图识别技术

一、一体化末端执行器设计与实现

1.1 配置切换组件

配置切换组件主要由旋转气缸和同步带系统构成。当压缩空气进入旋转气缸➁的端口 I2 时，气缸输出轴会绕 Z 轴顺时针旋转，随后从端口 O2 排出。输出扭矩通过联轴器传递到驱动轴，带动驱动皮带轮顺时针转动，再通过同步带使两个对称的从动皮带轮转动。每个从动皮带轮通过从动轴与安装有夹具的锁定法兰刚性连接，从而实现气缸➁输出和两个夹具绕 Z 轴的同步旋转活动，三个皮带轮的传动比设定为 1:1:1。

确定旋转气缸➁的规格至关重要，其整体尺寸会对原理设置和结构复杂性产生重大影响。所需的输出扭矩 T 和最大角动能 Emax 可通过以下公式计算：
- (T = KI \dot{\omega})，其中 (\dot{\omega} = 2\theta/t^2)
- (E_{max} = 0.5I\omega_{max}^2)，其中 (\omega_{max} = 2\theta/t)

在操作方案中，旋转角度 (\theta) 确定为 90°，瞬态时间 t 设定为 0.5 s，两个夹具和同步带轴系统的转动惯量 (I = 6.4 × 10^{-4} kg·m^2)。代入计算可得所需扭矩 (T = 0.08 N·m)，(E_{max} = 0.013 J)。因此，选择了最大扭矩容量为 1.1 N·m、动能容量为 0.04 J 的旋转气缸 HRQ10。

在配置切换组件中，由气动直线气缸（笔形气缸）➀驱动的锁定对可控制夹紧组件绕 Z 轴的旋转自由度。当空气压缩进入端口 O3 并从端口 I3 排出时，笔形气缸➀的活塞杆沿负 Z 方向直线移动，使两个锁定销