欠驱动机械臂在运动目标捕获中的碰撞应对与控制策略

"该文介绍了一种用于运动目标捕获的行星差动式欠驱动机械臂，通过欠驱动自适应原理设计，具有碰撞能量吸收功能，解决了运动目标捕获过程中的碰撞问题。三自由度机械臂由两个电机驱动，基关节单独驱动，中关节和末关节由行星轮组动力分配。碰撞能量通过欠驱动行星轮组传递至末关节，转化为动能，减少了碰撞对关节的影响。文中还提出了一种基于阻抗控制的机械臂运动目标捕获控制算法，并通过实验验证了其快速响应能力和抓取控制方法的可行性。该研究得到了多个基金项目的支持。" 文章详细探讨了运动目标捕获中的一个重要挑战，即如何有效地处理捕获过程中可能出现的碰撞。为了解决这个问题，研究者采用了一种欠驱动机械臂设计，这种机械臂具备自适应能力，能够在碰撞时吸收并转化冲击能量。机械臂由三个自由度组成，其中基关节由单一电机驱动，而中关节和末关节的动力分配则通过一个单输入双输出的行星轮组实现。这样的设计使得在碰撞时，部分能量能够被行星轮组传递至末关节，从而减少直接冲击对机械臂结构的损害。 欠驱动机械系统的运用是解决控制系统响应延迟的关键。传统的全驱动刚性机械臂在面对碰撞时，由于存在控制延迟，往往难以即时做出反应。而欠驱动机械臂通过自身的机械结构特性，能够在碰撞瞬间做出快速响应，降低了碰撞对系统的影响。 为了实现对运动目标的有效捕获，研究者引入了阻抗控制策略。阻抗控制是一种将机械臂模拟成具有特定弹性特性的虚拟弹簧-阻尼器系统的控制方法，它允许机械臂根据目标动态调整自己的行为。这种方法使得机械臂能够在捕捉运动目标时，既能保持与目标的稳定接触，又能在碰撞时提供适当的缓冲，从而提高了抓取的成功率。 实验结果表明，这种行星差动式欠驱动机械臂能够在碰撞中表现出良好的快速响应性能，成功实现了运动目标的捕获，验证了所提出的控制算法的有效性。这一研究对于自动化领域的运动目标捕获和碰撞管理提供了新的思路和技术手段，对于未来智能机器人系统的设计和发展具有重要的理论指导价值。