服务机器人解耦球型手臂运动控制方法

谢艳艳，胡艳华，甘 戈

（1.内蒙古机电职业技术学院，内蒙古 呼和浩特 010051；2.内蒙古工业大学，内蒙古 呼和浩特 010051；3.中国科学院大学，北京 100049）

1 引言

根据市场需求，现有六自由度手臂由于在狭小的工作空间中，自由度少，灵活性差。七自由度手臂应运而生，符合人体工程学需求，具备人手所能实现的一些较为复杂的功能。针对六自由度手臂不足，新七自由度功能性手臂，其中肩部、肘部各2个自由度，手腕处3个自由度，通过各关节之间的运动配合实现所需功能。

然而该服务机器人手臂设计中，手腕是该机器人手臂灵活性的保障。近年来，国内外学者设计各种类型的手腕机制，具体可以分为三类:（1）球形的手腕，三个关节轴交点，位置和姿态的解耦，逆运动学分析很简单，结构紧凑，繁重的工作比大，大多采用球形腕关节空间机器人和其他特殊场合。（2）非球面的手腕，不符合三轴，结构紧凑，运动是不可分割的。（3）平行结构的手腕，手腕并联机构的实际小型化。

国内外学者对服务机器人手臂的研究如下：如针对文献[3]提出的pitch-yaw-roll三自由度手腕机构存在pitch、yaw运动耦合干涉问题，文献[4]提出了一种双环解耦方法的新结构。国内某大学的科研人员对Trallfa手腕进行了分析和仿制，但是这种机械手腕的球齿是由分布在球冠上的凸齿和凹齿等特殊齿轮副组成（凹凸齿），存在传动原理误差且加工制造困难。文献[6]提出一种基于斜齿轮的三自由度手腕。这种机械结构的第二条轴线与共线的一、三轴线存在一个斜角，绕每个轴线的转动合成手腕三自由度的旋转运动，这种结构存在受载荷时跳跃的问题。……