54、串行变胞机械臂结构惯性特性评估

串行变胞机械臂结构惯性特性评估

在机器人领域，机械臂的动态性能评估一直是一个复杂且关键的问题。由于问题的高度非线性，确定机械臂的动态性能颇具挑战。过去几十年，为了简化机器人系统以增强分析和控制能力，研究人员进行了大量的探索。

1. 研究背景与动机

传统上，处理机械臂动态性能问题常见的方法有机器人结构修改和质量 - 惯性分布调整。这些方法虽然能在一定程度上简化分析，但往往需要重新设计机械臂的连杆和改变机器人的装配，对于生产线上日益需要的适应性系统而言，更换全新的机械臂并非最优解决方案。

随着机器人应用领域的不断拓展，其任务的复杂性和多样性也在增加。可配置性、可重构性和变胞性成为未来机器人技术发展的关键特性。模块化可重构机械臂（MRM）应运而生，而串行变胞机械臂（SMM）作为 MRM 的一种，能够在不重新组装或添加新组件的情况下实现不同的解剖结构。因此，确定一个能生成大量符合动态耦合降低特性的解剖结构的初始结构，对于变胞机械臂的设计至关重要。

2. 变胞结构建模

在这项研究中，对模块化结构表示（MSR）进行了修改，以严格定义变胞结构的建模。引入了抽象的合成连杆来将变胞连杆组装到串行结构中，其装配参数包括三个独立的旋转变量和相应的位置变量。为了塑造变胞结构，确立了以下规则：
- 在前一个主动模块和变胞连杆之间通过合成连杆形成互连。
- 变胞连杆内的相邻模块处于正交参考配置。

合成连杆用“&”符号表示，每个“&”符号对应 6 个参数 {Rs, Ps}，这些局部参数定义了相邻模块之间的变换。

3. 研究方法

本次研究评估了 3 自由度的变胞结构，旨