ATDM：一种低惯性高刚度的仿人空中臂驱动操作器
机器人学
2024-05-09 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
空中操作器系统（AMS）因其在空中作业中的实用性而受到广泛关注。然而，操作器的刚度受限以及操作器运动引发的耦合扰动等挑战依然存在。本文引入了空中臂驱动操作器（Aerial Tendon-Driven Manipulator, ATDM），这是一种创新的AMS，将六旋翼无人机（hexrotor UAV）与4自由度（4-DOF）仿人臂驱动操作器相结合。操作器的设计受人类手臂解剖结构启发，从肩关节向下模拟人体手臂的结构。为提高结构完整性和性能，本文对操作器的各连杆采用有限元拓扑优化和晶体优化，仿真骨骼的径向梯度结构特征，有效降低重量和惯性，同时最大化刚度。本文提出一种可调张力的新型张紧机制，以解决缆索松弛问题，并实现张力放大驱动机制以提高操作器的整体刚度和输出。本文基于虚拟耦合关节提出运动学模型，进行了完整的工作空间分析，并详细计算了各关节的输出扭矩和刚度。该原型臂总重为2.7公斤，末端执行器仅为0.818公斤。通过将所有执行器定位于基座，可最小化耦合扰动。本文包含详细的机械设计，并通过半物理多体动力学仿真验证了所提出设计的有效性。
引用
@article{arxiv.2405.04821,
title = {ATDM:An Anthropomorphic Aerial Tendon-driven Manipulator with Low-Inertia and High-Stiffness},
author = {Quman Xu and Zhan Li and Hai Li and Xinghu Yu and Yipeng Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.04821},
year = {2024}
}