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机器人柔性关节的作用:自由度,防撞击、防振动等保护作用

来源:两轮自平衡机器人的研究与设计      编辑:创泽      时间:2026/1/27      主题:其他   [加盟]

结构性仿生机器人系统,如机械臂(robotic arm)、机械手(robotic hand)以 及机械腿(robotic leg),一般都具有人工关节(artificial joint)。通过人工关节, 机器人的骨骼(连杆)被联系在一起。这种连接的意义在于,机器人的肢体通过 人工关节可获得期望的自由度。

柔性关节(flexible joint)是柔性机器人的部件或组成部分。柔性关节将使 机器人获得更高的自由度。同时,柔性关节因其吸能作用,对于机器人系统,特 别是移动式机器人系统,具有防撞击、防振动等保护作用。

2000年,Soviknes 和 Sætveit 在提交给美国专利局的专利申请报告中,公开 了一种柔性雪板机器人的设计[图2.2(a)]2]。

柔性雪板机器人的躯干通过肘关节和膝关节与肢体连接在一起[图2.2 (b)] 。 为了模拟人体的柔性限制(flexible limitation),Soviknes 和 Sætveit 设 计 了柔性的肘关节和膝关节,其中,弹性材料(elastic material)被用作人工肌肉 (artificial muscle)。人工肌肉通过肘关节将前臂与上臂连接在一起,通过膝关 节将下肢与上肢连接在一起。

柔性雪板机器人的柔性肘关节和柔性膝关节可自动地产生回弹力,从而使 其自动地预先调整冲雪(snow-boarding) 姿态。





柔性机器人的研究目的:科学的目的,工程的目的

(1)科学的目的。出于科学研究的需要(如仿生学研究的需要)而设计构造柔性机器人系统;(2)工程的目的。出于工程实践的需要(如特定功能的需求及实现)而设计构造柔性机器人系统。

两轮机器人的运动原理:4个自由度:2个平面支撑运动自由度,2个姿态角运动自由度

两轮机器人的运动平衡控制问题涉及两个方面,一是“平衡”,即姿态平衡控制的问题;二是“运动”,即运动轨迹控制的问题;两轮机器人的运动轨迹控制问题,是其行进速度和行进方向的控制问题

两轮机器人的基本构造:机体,底盘和轮系

底盘主要用于安装或连接机体与轮系,携带和固定驱动系统;机体可装载各种电子设备;轮系通过轮轴或传动机构安装在底盘的左右两侧,分别由左电机和右电机驱动

机器人的矩阵传感器:采用压电元件,人工皮肤

矩阵传感器网络就能够提供物体形状的复杂数据,这种信息分析技术叫做形状识别 ,采用压电元件的矩阵传感器,能够获得物体作用力形成的映像

机器人的触觉传感器:应用微限位开关,隔离式双态接触传感器,单模拟量传感器

微型开关可能是接触传感器最经济和最常用的类型,护物体不受到过大的作用力;隔离式双态接触传感器系统主要由双稳态开关组成,重复度可达1μm, 分辨度为2 μm

机器人的力觉传感器:金属电阻型,半导体型,转矩

金属电阻型力觉传感器测定电阻丝的阻值变化,就可知道物体的形变量,进而求出外作用力;半导体型力觉传感器的应变系数可达100~200,尺寸小,灵敏度高,因而可靠性很高

机器人的加速度传感器的测量方法:速度测量,电磁力或电动力

由速度测量进行推演,这种方法很难获得满意的测量结果;已知质量的物体加速度所产生的力是可以测量的;与被测加速度有关的力可以为电磁力或电动力,把方程式简化为对电流的测量问题

机器人的速度传感器:测量平移和旋转运动的速度

直流测速发电机它传送一个正比于受控速度的直接信号。这种传感 器的选择是由其线性度(可达0.1%)、磁滞程度、最大可用速度(达3000~8000r/min) 以 及惯量参数决定的

机器人的位移位置传感器:直线移动传感器,角位移传感器

直线移动传感器有电位计式传感器和可调变压器两种;最常见的位移传感器是直线式电位计,当负载电阻为无穷大时,电位计的输出电压u₂ 与 电 位 计两段的电阻成比例

机器人应用传感器时应考虑的问题:程序设计与传感器,示教与传感器,抗干扰能力

机器人工作站内的传感器主要用于间接提供中间计算结果或直接提供任务程序中任何延期数据值;一个非接触式传感器对能量发射装置所产生的干扰往往是很敏感的

机器人的感觉顺序与策略:变换,处理

过硬件把相关目标特性转换为信号;把所获信号变换为规划及执行某个机器人功能所需要的信息,包括预处 理和解释两个步骤,这种信息可被反馈以修 正和重复该感觉顺序,直至得到所需要的信息为止

机器人的电子鼻工作原理:特定气味会产生电阻或者频率的变化

传感器遇到特定气味会产生电阻或者频率的变化,我们就是将这些变 化捕捉到,并转化成能够传递的电信号,然后对传感器阵列传入的信号进行滤 波、放大和特征提取
 
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