具有关节角反馈的绳驱动拟人臂机器人机构设计与张力分析.pdfVIP

学兔兔 第 46卷第 l3期 机 械 工 程 学 报 VO1．46 NO．13 2010年 7 月 JOURNALOFMECHANICALENGINEERING Ju1． 201O DoI：10．3901／JM E．2010．13．083 具有关节角反馈的绳驱动拟人臂机器人 机构设计与张力分析木 陈泉柱 陈伟海2 刘 荣 张建斌 (1．北京航空航天大学机械工程及 自动化学院 北京 100191； 2．北京航空航天大学 自动化科学与 电气工程学院 北京 100191) 摘要：将绳驱动与并联机构技术应用于拟人臂机器人上，设计一种绳驱动的串并混联拟人臂机器人。其特点之一是在拟人臂 的各个旋转关节安装有旋转编码器，采用关节角反馈的控制方法，提高了机构的控制精度。特点之二是通过刹车线结构的使 用，实现了机构肩、肘、腕关节的完全解耦，并根据旋量理论，对肩、腕关节所使用的绳驱动球面并联机构进行弱耦合研究， 简化了机构的运动学公式。讨论驱动绳索的张力变化关系，针对绳驱动机构的特点提出相应的混合控制策略，并且通过试验 验证了机构的可行性和算法的有效性。 关键词：绳驱动球面并联机构 串并混联机器人 旋量理论 中图分类号：TH112 M echanism DesignandTensionAnalysisofaCable-drivenHumanoid-arm M anipulatorwithJointAngleFeedback CHENQuanzhu CHENWeihai LIURong ZHANGJianbin (1．SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，BeihangUniversity,Beijing100191； 2．SchoolofAutomationScienceandElectricalEngineering，BeihangUniversiyt,Beijing100191) Abstract：A series-·parallelhybridhumanoid--arm manipulator isdesigned by utilizing cable--driven andpraallelmechanism technology．Thefirstfeatureisthatthecontrolaccuracyisimprovedbyusingjointanglefeedbackmehtod，whichisimplementedby installingrotaryencoderoneachjointofthemanipulator．Thesecondfeatureisthatthecompletedecouplingofshoulder,elbow,and wristjointisrealizedbyusingabrakelinestructure．Theweakcouplingstudyforthecable-drivensphericalparallelmechanismof theshoulderandwristjointiscarriedoutonthebasisofscrew theoryandthebasisofkinematicsequationissimplified．The variationofthecabletensionisdiscussed，andthecorrespondinghybridcontrolsrtategyisproposedaccordingtothecharacteristics ofthecabledrivenmechanism，andthefeasibilityofthemechanism andtheeffectivenessofthecontrolsrtategyraeverifiedbythe experiment． Key