柔性机器人

图2 弹性支链广义坐标
图3
最大动机器人可以在保证末端运动规律的同时.利用零空间的自 运动产生不同的关节位形.从而使机器人能够躲避障碍、克服奇异性、 提高灵活性以及获得较好的动力学性能等。冗余度机器人和柔性机器 人所取得的研究成果.为进一步提高机器人的性能提供了新的途径:利 用机器人的冗余度，在保证机器人末端实现预定轨迹的条件下，优化 机器人各关节的运动规律，改善柔性机器人的运动学和动力学性能。 研究表明，利用冗余度柔性机器人的冗余特性，改善柔性机器人的运 动学和动力学性能的方法确实有效。在这方面，已取得了一定的研究 成果。主要集中在柔性冗余度机器人残余振动或过程中振动的抑制、 轨迹规划等。
图5 冗余度柔性机器人协调操作系统


由于安装、制造误差及运行过程中的摩擦磨损，机器人各关节必 然存在着间隙。若间隙量很小，其影响可以忽略。但随运转时间加 长，间隙增大，关节的副元素的分离与碰撞，会产生误差、振动和 噪音。随着对机器人高速、高精密要求的不断提高，间隙应予以考 虑。目前大部分文献研究的是含间隙刚性机构，同时考虑机构的间 隙和柔性的文献也不是很多，极少涉及含间隙刚性或柔性机器人。 蛇形柔体机器人易于回避障碍.能伸入复杂的箱体内工作或钻入 人的缝隙中探测、抓取物体。
该机械手如图所示，由 两条主动支链、两条从动支 链、一个动平台和一个静平 台组成。每条主动支链含有 一条主动臂和一条从动臂。 每条从动支链由一个平行四 边形杆组和两条滑动杆组成， 通过它们对动平台提供约束， 使动平台能在其工作平面以 较高速度做两自由度平动， 并保持其姿态不变。
图1 并联机械手

该机械手为平面机构，每个结点有三个广义坐标，整个机构共183个 自由度。如图2所示，采用模态综合法，每一个弹性支链取其边界处的坐 标为4个，取各自前三阶截断振型坐标，则一个弹性支链有7个坐标，6个 弹性支链共42个坐标，用动平台质心的微位移和微转角Uc作为广义坐标。
1.动力学实例分析 2.冗余度柔性机器人 3.含间隙柔性机器人 4.总结展望

柔性机器人的弹性变形在空间上连续存在，所以柔性构件是分布 参数系统，具有很小的刚度系数和结构阻尼。整个柔性机器人就是由 驱动机构和电机等构成的集中参数系统与柔性构件分布参数系统所组 成的混合系统。下面以新型机械手为实例进行讲解。
图6 蛇形柔体机器人


综上所述，柔性机器人的研究已取得了一定的成果. 高速、精密和轻量化的柔性机器人系统具有许多优点， 如驱动器小、操作速度高、能量消耗低、载荷质量比大 和构件设计紧凑等等。但柔性机器人应用的主要困难在 于振动大、末端难以精确定位等。设计高速、高精度的 机械臂时，必须克服这些问题，才能够使机械臂的运动 协调、精确。但仍有一些问题需要进行深入的研究: 1)考虑杆件柔性的冗余度柔性机器人的研究仍局限在单 柔性机器人.柔性冗余度机器人的协调操作还属空自，多 柔性冗余度机器人的优势有待于进一步证实和挖掘 . 2)随着高精度、高速度等要求的提高，机器人关节间隙 对机器人系统的影响越来越重要，含间隙柔性机器人的 研究应子以重视。