趋动-分时驱动臂关节：轻量化设计与容错性
机器人学
2026-04-21 v1
摘要
航空航天应用的机器人操作臂需在轻量化建设和容错运行之间取得精妙平衡，以满足严格的重量限制并确保在远程危险环境中的可靠性。本文提出了趋动-分时驱动 (TDMA)，一种用于趋动驱动机器人的实用方法，可显著减少执行器数量，同时保持高扭矩输出和内在容错性。关键硬件采用垂直堆叠的旋转选择结构，集成自旋转TDMA电机实现快速配置，电磁 clutch 实现亚0.1秒的驻点，蜗轮减速器提供增强的负载能力和自锁特性，双编码器系统实现精确的长期定位。凭借TDMA，提出的MuxArm实现2.17 kg的自重，支持10 kg的执行器驱动能力，end-effector精度可达长度的1%，即使在部分 servo 失效时也能维持。此外，还开发了一项作空间轨迹规划算法，使其能够实现容错控制，并将传统方法下的趋动负载降低最高可达50%。综合实验表明，MuxArm在自由空间、拥挤环境和封闭环境中均表现出稳健的性能。
引用
@article{arxiv.2604.16887,
title = {Time-Division Multiplexing Actuation in Tendon-Driven Arms: Lightweight Design and Fault Tolerance},
author = {Shoujie Li and Changqing Guo and Jianle Xu and Hong Luo and Xueqian Wang and Wenbo Ding and Bin Liang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.16887},
year = {2026}
}
备注
11 pages