1 总述
机械臂是一种由多关节组成的串联机器人,无论在医疗卫生、日常生活、航空航天还是军事等方面,机械臂帮助人类完成大量的工作,对于我们的生产生活发挥了重要的作用。双臂相对于单臂将发挥着更多更大的作用,双臂是以单臂为基础,同时也是单臂任务的扩展。从任务层的角度分析,工业生产中搬运大型物体的操作任务,医疗中的手术任务。双臂系统的硬件平台、控制系统设计以及控制理论完善一直是目前的研究热点。
双臂系统可以模拟人的两只手臂的运动,从而使得机器人向类人化操作迈出更加重要的一步。双臂系统加上机器人腰部,上肢,以及头部的运动平台始终处于研究热点。而基于此平台的研究也始终朝着类人化的操作迈进。
2 典型的双臂系统
典型的三款双臂机器人系统,它们分别是日本本田公司的ASIMO,德国DLR的Rollin’ Justin和美国宇航局的Robonaut。
- 日本本田公司的ASIMO作为当今在家庭服务领域比较先进的双臂系统操作平台,他主要完成了端茶盘,推车两个典型的双臂紧协调操作任务。ASIMO身高130厘米(4英尺3英寸),重54公斤(119磅)。 本田公司进行的研究发现,出行辅助机器人的理想高度在120厘米和一般成年人的高度之间,这有利于操作门把手和电灯开关。ASIMO由51.8 V可充电锂离子电池供电,工作时间为一小时。 2004年从镍氢换成氢化物后,ASIMO在充电之前可以工作的时间更长。ASIMO具有由本田公司制造的三维计算机处理器,它由三个堆叠的芯片,处理器,信号转换器和存储器组成。控制ASIMO运动的计算机位于机器人的腰部区域,可以通过PC,无线控制器或语音命令进行控制。
- Rollin’ Justin的上半身共有43个可控制的自由度,自由度是定义机器人配置的独立因素的数量它不仅可以从地面上捡起东西,还可以拿到约2米高的物品。机器人在其关节处还具有扭矩传感器,该扭矩传感器可以使其操纵手臂和手。如果Rollin’ Justin要去太空,这里的人可以穿着外骨骼来控制它,这是手臂和手套的结合。人们可以使用Matlab或Simulink等基本编程工具进行控制。同样,如果Rollin’ Justin要呆在家庭环境中,人们将可以通过iPad对其进行控制。
- Robonaut是在德克萨斯州休斯顿的NASA约翰逊航天中心建造和设计的灵巧类人机器人。与人类并肩工作,或将风险带到对人来说太大的地方,robonauts将扩大我们的建造和发现能力。 这项工作的核心是一种我们称为灵巧操纵的能力,这种能力体现为能用一只手进行工作的能力。
3 双臂系统协调控制问题研究
双臂机器人的协调控制方法主要分为以下几类:
4 本章总结
双臂机器人系统是单臂机器人系统的延申和扩展,相对于单臂机器人系统,双臂机器人系统需要处理好双臂之间的协调关系。本章仅仅是针对双臂系统的一些基础概念进行解析,后续会继续更新双臂系统设计与控制的技术点。
正文完