可塑机器人的设计与工作空间表征

对于传统串联机械臂所执行的大多数任务，如料箱拣选或拾放，运动仅需两到三个自由度（DOF）；然而，通过增加自由度，可进一步提升机械臂执行多任务的灵巧性。不同于通过增加机器人关节数量来改善灵活性与适应性（这会增加控制复杂度、系统重量与成本），可塑机器人利用关节间可变刚度连杆，使连杆两端转动副的相对定位可变，从而令低自由度串联机器人能通过改变其工作空间来适应不同任务。本文介绍了一种 2 自由度可塑机器人的设计与原型制作，基于距离几何（适用于变拓扑机械臂）的参数化方法推导了其工作空间的一般方程，并表征了机器人末端执行器经重构可描绘的工作空间类别。通过可塑机器人的设计与构建，我们探讨了设计考量并论证了整体概念的可行性。借助对物理机器人的运动追踪，我们展示了所引入 2 自由度可塑机器人可实现的无穷多工作空间实例。