8、机器人设计与优化：从移动机器人到球面并联机械手

机器人设计与优化：从移动机器人到球面并联机械手

1. 移动机器人 REMORA 设计与特性

1.1 控制方案与冗余特性

在机器人控制中，存在这样的公式：
[
()
T
T
ts
m
m
R
J
J
+
=
]
这里不深入探讨该控制方案的性质，但值得注意的是图中两个正则化块 ‘Rts’ 功能不同。其一，实心的 ‘Rts’ 块对积分项进行正则化，避免在驱动冗余情况下积分项发散；其二，虚线的 ‘Rts’ 块旨在最小化结构内部力，理论上应用该块可使内部力为零。

运动学冗余出现在机器人以 BE 模式工作时，此时脱离腿末端的 6 自由度位姿由 8 个驱动器控制。不同应用场景下，机器人工作空间位置会因工具在 PP 上的安装方式而异，例如有侧向和向上两种工作空间设置。借助运动学冗余，可考虑避免与工件碰撞等约束条件。

1.2 REMORA 原型特性

为验证基于并联机器人、借助锁定器和夹紧器设计步行机器人的可行性，制作了 REMORA 原型。其主要特点如下：
- 驱动分布 ：机器人四肢分布 8 个电动驱动器，采用直齿轮在滚珠丝杠和电机间传动。
- 锁定装置 ：每肢配备 3 个电动离合器，共 12 个，每个电机还有一个制动装置。肢体末端附近的离合器有摩擦盘，PP 侧的离合器有齿盘。
- 夹紧装置 ：每肢末端使用气动夹紧装置，在工业中常用于夹持待加工零件，其夹紧力、重复性和偏差