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冗余度机器人机构学研究现状

第24卷第4期            南 京 工 业 大 学 学 报            V ol.24N o.4 2002年7月       JOU R N AL O F N A N JI NG U N IV ERSIT Y O F T ECHN O L OG Y       July2002冗余度机器人机构学研究现状

倪受东,袁祖强,文巨峰

(南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京210009)

摘 要:对国内外冗余度机器人的研究情况进行了概述,对冗余度机器人机构学的研究状况,包括机构学中奇异性和自运动的研究以及冗余度机器人机构设计方面的研究进行了较为详细的阐述,最后对超冗余度机器人机构学的研究也进行了简单的叙述。

关键词:冗余度机器人;奇异性;自运动;机构学

中图分类号:T P24  文献标识码:A  文章编号:1671—7643(2002)04—0107—04

  机器人技术集自动化、精密机械、传感、电力等

技术于一体,是典型的机电一体化产品。工业机器人和计算机辅助设计(CAD)系统、计算机辅助制造(CAM)系统一起标志着制造业自动化的崭新阶段。随着工业自动化、航天、核工业等领域的发展,智能机器人技术的应用越来越广泛。而机器人智能的实现,不仅取决于它所具备的智能控制系统,在一定程度上还依赖于机器人的结构特性。机器人机构的几何灵活性与其所配置的智能控制系统相结合,可使机器人完成复杂操作任务。冗余度机器人以其本身几何结构所具有的高度灵活性,得到了广泛研究和迅速发展,已成为机器人技术的一个重要发展方向。目前的研究已从一般的冗余度机器人操作手系统,扩展到多冗余度机器人系统以及超冗余度机器人[1~3]。

冗余度机器人,是指含有自由度数(主动关节数)多于完成某一作业任务所需最少自由度数的一类机器人[2]。可以看出,即使对某一任务是非冗余度的机器人,而对另一任务有可能是冗余度机器人。为了完成在各种几何和运动学约束下的任务,需要使用冗余度机器人。人们很早就注意到:6自由度是具有完整空间定位能力的机器人最小自由度数,更多的自由度可改善机器人的运动学和动力学特性,如增加灵活性、避免障碍和优化驱动力矩等。因此对冗余度机器人的研究变得日益重要,而其中1个重要方面就是冗余度机器人的机构学研究。1 国内外研究动态

迄今为止,国内外已研制了多种冗余度机器人系统,应用范围越来越广泛,一些已实现商品化。东京大学1979年研制了UJIBOT7-DOF机器人操作手;日本M IT I机械工程实验室1987年研制了7-DOF直接驱动型机器人操作手;美国Robo tics Re-search公司1987年设计的用于空间研究的17-DOF机器人系统,由两个7-DOF臂和一个3自由度躯干组成;美国航空航天实验室研制了30-DOF 的超冗余度机器人。法国的Federic Marquet等最近研制了一种新的冗余度机器人平行机构[4],分析了它的运动学和动力学模型,并利用这种机构的冗余度克服了高速运动时的运动奇异。

国内南开大学计算机系研制了机器人双臂协调系统,其中一臂为PUM A560机器人,另一臂为PUM A760机器人,并在其基座上安装有平动导轨,构成了具有冗余度的双臂协调系统;中国科学院机器人开放实验室正在研制多机器人协调操作系统,其中1台机器人安装在具有视觉的可移动小车上,构成了更为复杂的多冗余度机器人系统;北京航空航天大学最近研制成功了1台7-DOF机器人操作臂系统;东南大学机械系机电研究室最近正在研制1台视觉伺服双臂冗余度机器人系统。

冗余度机器人研究的不断发展,从理论和应用

X收稿日期:2001-12-21

基金项目:211基金资助。(No.2102002001)

作者简介:倪爱东(1966-),男,安徽和县人,博士,主要从事冗余度机器人、运动学、动力学及其控制系统研究。