32、水下机器人手臂与便携式无动力助力外骨骼设计解析

水下机器人手臂与便携式无动力助力外骨骼设计解析

在水下作业和人类日常行走助力等领域，科技的发展带来了许多创新的解决方案。水下机器人手臂能够在复杂的水下环境中完成各种任务，而便携式无动力助力外骨骼则为长时间行走或负重行走的人群提供了有效的支持。本文将深入探讨水下机器人手臂的关键技术以及便携式无动力助力外骨骼的设计原理。

水下机器人手臂关键技术

关节驱动扭矩计算与控制

水下机器人手臂采用低速高扭矩驱动模式，以实现精确的运动控制。肩部和肘部关节采用无框扭矩电机和 RV 减速器驱动，提高了换挡刚度和精度；腕关节驱动则采用无框扭矩电机和谐波减速器，实现了平滑的姿态调整。关节中嵌入了电流传感器、速度传感器和绝对位置传感器，形成了电流、速度和位置的三闭环 PID 控制系统，确保了快速的动态响应和精确的位置伺服。

控制系统分为水上和水下两部分：
- 水上部分 ：主要是控制主机，负责数据采集、任务规划、路径规划、3D 运动模拟、实时图像显示和识别等功能。
- 水下部分 ：主要是嵌入式关节控制器及其传感器。CAN 总线用于控制通信，以太网用于手臂摄像头的视频数据传输。

以下是控制系统的结构示意图：

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(控制主机):::process --> B(任务规划):::process
    A --> C(路径规划)