为实现可重构模块机器人系统的功能, 通常其模块的划分应符合以下基本原则:
(1) 模块单元在运动学和动力学性能以及驱动能力等方面应具有相对的独立性。
①功能实现的独立性: 每种模块单元应能够独立地实现某些特定的功能, 这样不仅便于专业化生产, 同时也是实现可重构模块机器人系统变构形综合的基本要求。
②运动学和动力学性能的独立性: 每种模块单元应在运动学和动力学上具有相对的独立性, 这样可以减少各模块间的耦合, 便于通过选择不同的模块来调整机器人的各运动学和动力学参数。
③驱动能力的独立性: 对于运动模块单元而言, 其应具有独立的驱动能力。 每种运动模块单元应具备自己的驱动系统, 这样可以减少模块间的机械运动传递, 有利于提高整个机器人系统的操作特性。
(2) 在满足任务要求的情况下, 应尽量减少模块的种类及数目, 降低系统的复杂程度。 过多的模块种类势必会使可重构模块机器人系统变得复杂, 加大机器人构形综合的难度, 甚至会造成模块组合方式的混乱。 因此, 应以有限的模块单元种类来获得尽可能多的具有实用价值的机器人构形组合方式, 以满足实际工业应用的各种需要。
(3) 每个模块与其他模块之间的连接应尽可能简单。 系统中的每个模块单元应具有紧凑的结构, 模块间的连接应简单、 可靠, 便于拆装。 可重构机器人系统的最大特点就是其构形能够随着操作任务或工作环境的改变而改变, 这就要求其各模块的连接需便捷可靠。
根据可重构模块机器人的功能要求和上述原则, 本节将机器人划分成以下三类共六种模块:
①运动模块: 转动模块、 摆动模块;
②连杆模块: 基座连杆、 普通连杆和拐角连杆;
③末端工具模块: 抓取或焊接模块。
各模块的机械结构如图3.1所示。
图3.1 可重构模块机器人模块
(a) 基座; (b)连杆模块; (c)拐角模块;
(d)摆动模块; (e)转动模块; (f)工具模块
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