电缆数量与自由度关系的研究及其在机器人设计中的应用前言电缆传动机构,称为腱传动或线传动机构,滑轮和电缆由执行器驱动,应用于各种机器人中。这些相应的机器人被分为两种类型:串联机器人和并联机器人。串联机器人在外骨骼和假肢等方面找到了几个应用。联机器人有不同的名称,电缆并联机器人(CPR)、电缆驱动并联机器人(CDPR)、电缆驱动并联操纵器(CDPM)、电缆驱动平面并联操纵器(CDPPM)、电缆驱动并联操纵器(CPM)和带气动肌肉主动支撑的电缆驱动平台(CPPPMS)。动力和运动传输的传输原理、结构设计和机械计算、运动学分析和设计、拓扑优化设计、控制分析和设计等。差分滑移条件和积分滑移条件的预张电缆-滑轮的载荷、挠度行为进行刚度与预张之间的关系、软化弹簧行为等。拉索驱动机构应用的架构设计技能提供清晰的理解。在应用拉索驱动机器人的拓扑架构一节介绍拉索驱动机器人的应用及其典型的拓扑架构,架构设计方法的研究一节总结了有关拓扑架构的理论研究。平面CDPR是指由电缆和执行器驱动的平台在平面上以两个或三个自由度移动。Feriba-3是帕多瓦大学典型的平面电缆驱动机器人原型,可以在水平平面上工作。末端执行器由四根电缆和安装在框架四个顶点上的电机驱动。每根电缆的一端固定在执行器的侧面,并可绕过执行器。另一端缠绕在直接固定在电机轴上的滑轮上。控制精度开发了一个实时程序进行全反馈控制,频率为5 kHz。每个控制周期包括滑轮角位置获取、正向运动学位姿解算、反馈力计算、电缆张力计算和输出电压更新。电缆的张力向量根据执行器的位置矢量计算,以形成预期的力和力矩来驱动执行器。为了实现预期的控制精度,开发了一个实时程序,以每秒5 kHz的频率进行全反馈控制。每个控制周期包括滑轮角位置获取、前向运动学姿态解算、反馈力计算、电缆张力计算和输出电压更新等步骤。电缆由伺服电机驱动,每个伺服电机都装有编码器和滑轮。在运动过程每根电缆都设置了一个力传感器以测试张力。基于编码器和力传感器的反馈控制用于将末端执行器定位在平面内。电缆驱动机器人在天文学中的应用通常是针对大型的案例射电望远镜。中国的FAST是一种巨型望远镜,飞行聚焦舱被认为是全球大的CDPR之一。几个驱动器包括马达和液压驱动器,安装在支撑顶部,可以根据系统要求进行排列。终端执行器,包括望远镜或天线悬挂在电缆上。电缆的长度受控以调整终端执行器的姿态。在电缆和扳手的固定位置、电缆和滑轮的运动路径以及电缆和扳手的数量等方面,可以进行不同的排列组合。平面应用可以视为一种特殊情况。从并联机器人的角度来看,并联电缆驱动机器人可以提供潜在的大工作空间、高速运动并保持轻量化结构的优点,这些优点推动了更多的应用探索,尤其是在一些长距离和大负载的情况下。对于许多CDPR滑轮并不是必须的。两个电机被设计为串联驱动 2 自由度连杆,以实现肩部和上肢运动。它们有几个级别的传输滑轮的旋转轴平行。电机和相应的传感器安装在每个轴上。旋转运动都可以单独控制,以模拟特定的姿势或获取所需的轨迹或位置。串联式电缆驱动机构的拓扑结构进行展示,在这种机构关节是串联排列的。驱动仿生机器人的轴线是平行的,而滑轮之间的连接件运动在平面内。在定位平台中轴线是正交的框架在空间中移动。串联式电缆驱动机构的一些特点:串联式电缆驱动机构主要应用于肢体机器人、定位平台和医疗操作器等领域,以追求轻量化设计和高精度。电缆可用于传递动力和放大驱动力,在前两种情况下使用;它们仅用于传递动力,滑轮通常被用来传递驱动力,同时也作为齿轮箱来降低速度并增加扭矩。一些电缆-滑轮机构在闭环模式下工开环模式下工作。它使用更多电缆与具有正交旋转轴的光滑外表的滑轮相啮合。通过两个电缆连接,拉力分别传递到左侧滑轮L和右侧滑轮R,当拉力异向滑轮T将在Z轴上旋转,而当拉力同向时,滑轮T将在Y轴上旋转。两个执行器协作驱动滑轮T增加了输出扭矩。中空的关节布置小化机械体积并增加输出扭矩。电缆数与自由度之间的关系研究,电缆驱动的平行机构是从刚性连接的机构评估而来。结论电缆的单向性质导致了电缆驱动平行机构的电缆数和自由度之间的关系与刚性连接机构不同。A明和T Higuchi25已经阐明了这种关系。执行器末端效应器自由度n和电缆数m,CDPR被分类为欠约束、完全约束和冗余约束。雅各比矩阵是关节空间向量和执行器末端效应器空间向量之间的变换矩阵。它可以用来确定机构将变为奇异构型的位置。从物理角度来看,串联机器人的奇异点是机器人将失去一个或多个自由度。联机器人可能会出现一个或多个自由度的奇异点。机器人的研究已经有了更多的进展。奇异性问题始终与运动或力的可行性有关,研究用于验证架构设计的可行性。#电缆简介#
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