Forbal：基于五连杆机构的力平衡 2-5 自由度机器人机械臂
机器人学
2025-09-09 v2 系统与控制
系统与控制
摘要
开发并实验验证了一种基于闭链平面五连杆机构的力平衡机械臂设计。我们提出了作为模块化设计的两种变体：Forbal-2，一种平面 2 自由度机械臂，及其扩展至 5 自由度空间运动的 Forbal-5。讨论了在满足力平衡条件的同时最大化工作空间的几何、运动学和动力学设计考量。随后，从几何原理推导出了两种变体的逆运动学。我们通过与配重平衡和非平衡配置的对比实验，验证了力平衡机械臂带来的改进。结果表明，平衡配置使平均反作用力矩降低了高达 66%，平均关节力矩降低了高达 79%，并且 Forbal-2 的位置误差显著减小。对于具有更高末端执行器有效载荷质量的 Forbal-5，平衡配置下的关节力矩降低了高达 84%。实验结果验证了该平衡机械臂设计适用于需要通过降低关节力矩和反作用力/力矩来实现毫米级精度的应用场景。
引用
@article{arxiv.2509.03119,
title = {Forbal: Force Balanced 2-5 Degree of Freedom Robot Manipulator Built from a Five Bar Linkage},
author = {Yash Vyas and Matteo Bottin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.03119},
year = {2025}
}