一种新型高伸展模块化操纵器的设计与分析：适用于灵巧操作及狭小空间环境

《IEEE Access》：Design and Analysis of a Novel High-Extension Modular Manipulator for Dexterous and Confined-Space Operations

　　

摘要：

传统的刚性连杆机械手在杂乱或狭小的环境中（如家庭护理或工业维护）效果不佳，这些环境需要高度的灵巧性和适应性。超冗余机械手（HRMs）提供了一种解决方案，但许多现有的模块化设计缺乏完整的3D运动能力，尤其是在偏航旋转方面，并且受到低伸展比的限制。本文介绍了一种新型高伸展比模块化HRM架构的设计、运动学分析及实验验证。该机械手由两种新型的并联连杆模块组成：弯曲-伸展（BE）模块和弯曲-伸展-旋转（BER）模块。BER模块的集成在模块级别实现了关键的偏航旋转功能，使得机械手能够进行完整的3D运动，克服了类似设计的平面限制。这款概念验证原型具有14个自由度，其伸展比高达197.6%（从581毫米伸展到1148毫米），同时保持了中空结构。我们提供了各个模块及整个机械手的运动学分析，包括工作空间的评估。已制造出一个原型，并实现了基于伪逆雅可比矩阵的解析速率控制系统。最后，我们通过成功完成一项复杂的狭空间辅助任务——在人体模型上提放裤子——证明了该机械手的实际可行性。