21、基于人工智能的机器人系统机械设计入门

基于人工智能的机器人系统机械设计入门

1. 机器人中的机械结构

机器人的机械结构是其实现各种功能的基础，主要包括串行机械臂和并行机械臂。

1.1 串行机械臂

串行链式手臂可穿戴外骨骼能通过手部动作控制工业机器人。例如，在进行插销入孔任务时，会使用工业机械臂（如KUKA KR5 ARC）。为实现有效功能，从设备（如KUKA机器人）会放大所需功率，以重现主设备（外骨骼）的末端执行器运动，这种控制方式称为位置 - 位置远程操作。

外骨骼和人类手臂都有七个自由度（DOF），其中肩关节有三个自由度，肘关节有两个，腕关节有两个。外骨骼在七个不同位置设有传感器，用于跟踪关节角度的变化，通过旋转电位计来测量外展 - 内收（内外）和屈伸（前后）运动的旋转角度。

1.2 并行机械臂

• 6 - DOF并行机械臂 ：具有一个移动平台和一个基础平台，通过六条腿连接。腿与基础平台通过万向节连接，与移动平台通过球形关节连接。每条腿包含一个棱柱形执行器，用于调节移动平台的运动。Stewart平台是一种常见的6 - DOF并行机械臂，曾被用作飞行模拟器。不过，其正向运动学公式复杂且有多个解，这是它的一个缺点。
• 1 - DOF并行机械臂（Sarrus机构） ：由Fre’de’ric Sarrus在1853年发明，通过两条腿连接顶部平台和底部平台。移动平台由每条腿上的两个连杆支撑，每个连杆通过旋转关节连接。该机构无需导轨，可将六个关节中任意一个的旋转输入转换为空间直线运动。

并行机械臂在使用中存在运动学奇异