按手臂的運動形式分類,手臂有以下幾種類型:直線運動的,如手臂的伸縮、升降及橫向(或縱向)移動;回轉運動的,如手臂的左右回轉、上下擺動(即 俯仰);復合運動的,如直線運動和回轉運動的組合、兩直線運動的組合、兩回 轉運動的組合。
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機器人類型
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運動形式
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特 點
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直角坐標型
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機械手的手臂可以沿直角坐標系xyz 軸三個方向平動
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結構簡單,動作直觀
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圓柱坐標型
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機械手的手臂有一個繞著z軸的回 轉方向的自由度和兩個正交方向的x
和y軸方向的平動的自由度
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結構簡單,活動范圍較大,占 用空間較小
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極坐標型
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機械手臂有一個繞基座軸的回轉運 動以及擺動運動和伸縮運動
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這種機構通常結構復雜,但 占用空間較小,動作范圍大
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多關節(jié)型
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由多個回轉的關節(jié)組成
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多關節(jié)式參考人體手臂的特 點,能夠完成多種復雜運動
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圓柱坐標型機器人,其臂部具有回轉、升降和伸縮自由度。回轉運 動可以通過齒條缸驅動齒輪回轉來實現,也 可以由液壓馬達驅動蝸輪蝸桿機構實現,后 者的結構剛性比前者要好;升降與伸縮可以 由升降油缸和伸縮油缸驅動,也可以由伺服 電動機通過絲杠副或齒輪齒條傳動。
極坐標型機器人的典型臂部結構,其臂部具有回轉、俯仰和伸縮自由度。手臂可以配置在機座D部,機座上可
以安裝d立的驅動和控制裝置,機座底部可 安裝行走機構,從而擴大其活動范圍和靈 活性。
多關節(jié)型機器人的臂部結構,這種工業(yè)機器人多用于噴 漆,故也被稱為噴漆機器人。其臂部有回轉、俯仰和前后移動三個自由度。回 轉機構為齒輪齒條結構,俯仰和前后運動均采用鉸接油缸驅動。這種工業(yè)機 器人的結構比較簡單,是以控制為重點的具有代表性的機器人種類之一。
臂部結構屬于水平多關節(jié)型,是SCARA 型機器人的一種 形式。用上、下回轉軸可以手動調整臂部的高低位置。水平回轉1和水平回轉 2分別由馬達M₁ 和 M2 通過諧波齒輪減速器驅動。腕部回轉和上下運動分別 由馬達M₃ 和馬達M₄ 驅動。
為防止臂部在運動過程中產生過大的變形,手臂截面形狀的選擇要合理;為防止手臂在直線運動中沿運動軸線發(fā)生相對轉動,設置導向裝置,或設計方形、花鍵等形式的臂桿
阻抗柔順控制將末端模擬為一個虛擬的彈簧阻尼系統(tǒng),機械臂會表現出物理上的順應性,主動退讓以緩沖能量;分別應用力反饋回路和位置伺服回路
時序軌跡規(guī)劃確保機器人生成的位置、速度及加速度曲線具備二階連續(xù)性;逆運動學解算在完成抓取任務的同時優(yōu)化機械臂構型,以避開奇異位形
關節(jié)空間表征描述機器人本體所有活動關節(jié)的角度、角速度及力矩構成的向量空間;肌群協(xié)同表征將高維的關節(jié)運動分解為少數幾種基礎模式的線性組合
力/力矩傳感器對整體載荷變化敏感,常用于力控、阻抗控制與安全監(jiān)測;觸覺陣列提供壓力或剪切力的空間分布,可推斷接觸斑塊形狀、接觸位置與支撐關系
在動態(tài)環(huán)境下,可以采用基于傳感信息融合的在線 滾動路徑規(guī)劃的方法。該方法是一種實時路徑規(guī)劃方法,使用滾動規(guī)劃的策略來解決動態(tài)環(huán)境下仿人機器人路徑規(guī)劃問題
局部路徑規(guī)劃指的是機器人在全局信息位置的情況下,依靠傳感器信息進行的局部路徑規(guī)劃;機器人的全局路徑規(guī)劃方法可以分為可視圖法,結構空間法,柵格法,拓撲法,隨機路徑規(guī)劃法等
仿人機器人在3D空間的上下樓梯、跨越臺階和使用手臂一起進行全身運動規(guī)劃的跑步、翻滾、爬行、守門、起立、跳舞以 及跟目標物體接觸的踢球、開門、搬運東西等一系列運動
基于拓撲地圖的同時定位與地圖生成方法創(chuàng)建的GVG 拓撲地圖。圖中線的交點為拓撲節(jié)點,代表特定地點。節(jié)點之間的連線代表連通的路徑;GVG 對于環(huán)境的局部改變比較敏感,增加一個障礙物可能導致若干節(jié)點的產生
SIFT特征具有更強的魯棒性,在數據關聯過程中不受環(huán)境光照變化、環(huán)境局部改變、特征部分遮擋以及機器人觀察視角的影響;從地圖創(chuàng)建還是從實際應用的角度來說,vSLAM在數據關聯上的可操作性要優(yōu)于FastSLAM
FastSLAM 將 SLAM分解為機器人定位和特征標志的位置估計兩個過程;通過采用粒子濾波器估計機器人的位姿,可以很好地表示機器人的非線性、非高斯運動模型
既具有拓撲地圖的高效性,又具有度量地圖的一致性和精確性;一般采用分層結構:首先利用上層的拓撲地圖實現粗略的全局路徑規(guī)劃,然后利用底層的度量地圖實現精確的定位并優(yōu)化生成的路徑