九自由度超冗余机械臂的设计和测试

【摘要】：为了更好地执行空间在轨服务任务,设计了面向空间的超冗余九自由度串联机械臂。该串联臂由一种大输出力矩、大减速比、小关节长度的机械臂关节组成,具有结构紧凑、灵活性好、空间避障能力强等特点。首先,介绍了串联臂的设计要求和单关节的主要元器件。接着,以两个关节的传动方式为例分析了串联臂的工作原理,即通过输出轴上的关节连接轴来实现力矩的传递。然后,基于脊椎曲线方法对串联臂末端位置坐标进行推导。最后,对串联臂进行了性能测试。实验结果表明:单关节的输出扭矩值可达190 N·m,运转角速度可达0.14 rad/s,该九自由度机械臂最底端关节的旋转角度误差可控制在0.1°以内。本文设计的九自由度超冗余机械臂具有很好的可重构性,能够满足不同场合的应用需求。