棱柱弯曲可变换（PBT）关节：用于模块化可折叠机械臂的增强可达性与灵巧性
机器人学
2025-05-09 v2
摘要
传统采用经典关节-连杆铰接结构的机器人机械臂在工业应用中表现出色，但在需要更高灵巧性和适应性的人本化和通用任务中面临挑战。为应对这些挑战，我们提出了棱柱弯曲可变换（Prismatic-Bending Transformable, PBT）关节，这是一种受剪刀启发的新机制，具有方向保持能力，可在单个模块中实现弯曲、旋转和伸长/收缩。该设计实现了可变换的运动链，具有模块化、可重构和可扩展的特点，适用于多样化任务。我们详细介绍了PBT关节的机械设计、优化、运动学和动力学建模及实验验证，展示了其集成到可折叠、模块化机器人机械臂中的应用。PBT关节可作为单一库存单位（SKU），使机械臂可完全由标准化的PBT关节构建。它还可作为现有系统（如腕部模块）的模块化扩展，简化设计、部署、运输和维护。开发了三种尺寸的关节并进行了测试，展示了增强的灵巧性、可达性和适应性，特别是在受限和杂乱空间中。这项工作为机器人机械臂的开发提供了一种有前景的方法，为在动态和受限环境中的操作提供了紧凑且通用的解决方案。
引用
@article{arxiv.2503.05057,
title = {Prismatic-Bending Transformable (PBT) Joint for a Modular, Foldable Manipulator with Enhanced Reachability and Dexterity},
author = {Jianshu Zhou and Junda Huang and Boyuan Liang and Xiang Zhang and Xin Ma and Masayoshi Tomizuka},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.05057},
year = {2025}
}