柔顺关节并联机器人运动规划.pdf

柔顺关节并联机器人是现代工业机器人领域的一个重要分支，它结合了并联机器人的高刚性和柔顺机构的柔性，旨在提高机器人的运动精度和减少传统运动副带来的问题，如间隙、摩擦和冲击。并联机器人与串联机器人不同，其特点是具有多个并行的运动链，每个链从一个共同的基座出发到达同一个移动平台，这为机器人提供了高刚度和承载能力。柔顺关节引入了弹性元素，以允许一定程度的变形，并能够吸收冲击和振动，减少关节磨损和延长机器人的使用寿命。 柔性关节并联机器人在微操作和精细作业中尤其有用，它能在不显著增加机器人质量和体积的前提下，实现高精度的操作。微操作并联机器人由于其能够达到纳米级别的操作精度，已经在多个高科技领域获得了应用，如生物医疗、光纤对接、超精密加工和微机电系统（MEMS）等。 在研究柔顺关节并联机器人的运动规划时，需要考虑的关键问题是轴心漂移和弹性振动。轴心漂移是因为柔顺关节在变形时没有一个稳定、实际的转动中心，导致杆长发生变化，进而影响机器人的运动精度。针对此问题，研究者提出了轴心漂移补偿运动规划方法，并利用特定的模型如铰链—扭簧模型来推导系统的运动学方程。 同时，为了抑制柔顺关节产生的弹性振动，研究者在笛卡尔空间应用了S型速度曲线来规划机器人的运动参数，这种曲线能够减少加速度的突变，从而减少振动。通过结合轴心漂移补偿和弹性振动抑制的运动规划方法，提出了一种综合的运动规划方法，以提升机器人系统的整体运动性能。 在实际应用中，研究者通过虚拟样机模型进行了仿真研究，证明了提出的综合运动规划方法可以显著降低均方根误差，降幅超过75%，这意味着机器人运行的平稳性和精确性有了显著的提升。 在柔性关节的构型设计方面，不同的研究者尝试了多种方法以减少轴心漂移和提高系统的运行精度。例如，设计出具有宏观尺度变形特征的片簧型柔顺关节，并通过实验验证了这种方法的可行性。其他设计还包括扭簧型和缺口型柔顺关节，以及开槽型柔顺关节，后者具有较大的扭转角度和较小的轴心漂移。 间接测量轴心漂移的方法也被提出，如使用工具显微镜或激光三坐标测量仪测量柔顺关节的转动精度。虽然这些方法可能具有较高的设备成本和操作复杂性，但它们为间接测量提供了有效的途径。 柔顺关节并联机器人的研究和开发是一个跨学科的领域，涉及到机器人技术、材料科学、控制工程和计算机科学等多个方面。随着研究的深入和技术的进步，预计柔顺关节并联机器人将在工业自动化和高精密作业中发挥越来越重要的作用。