摘 要：电缆驱动并联机器人 (CDPR) 由底座和移动平台组成。一组由绞盘驱动的电缆并由底座上的滑轮引导连接到移动平台上。这些电缆用于产生运动或施加在整个工作空间中对移动平台施加力。由于几个优点，CDPR 在工业中的应用越来越多由电缆提供，例如大的平移工作空间、高有效载荷重量比以及高速度和加速度。然而，由于缆绳只能拉动移动平台，后者不能走出由滑轮限定的机器人底座框架。一个例子是使用 CDPR 处理大型结构。该结构本身可用于固定滑轮因此，CDPR 和移动平台需要走出机器人体积才能到达它。为了克服这个问题，一个抓装置安装在移动平台上以抓取结构。需要注意的是，抓取结构时，模型整个系统的变化，因为移动平台的运动不再仅由电缆控制，而且接触应考虑抓取装置和结构之间的距离。本文涉及抓取的概念设计CDPR 设备和两个工作区的定义。第一个工作空间表征移动平台覆盖的区域当后者不与环境接触时。第二个工作区是抓手可以跟随的区域抓取阶段。事实证明，在将结构抓取纳入系统建模时，机器人工作空间会增加。

关键词：电缆驱动并联机器人；抓取；设计；建模；工作空间

1 介绍

      由于工作空间大，电缆驱动并联机器人 (CDPR) 似乎非常适合维护大型结构，如桥梁或建筑物。一些工作空间已经在文献中进行了研究，例如扳手闭合工作区 [1,2] 或扳手可行CDPR静态平衡的工作区[3]。多数情况在某些情况下，这些工作空间包含在由引导电缆的滑轮封闭的空间内。确实是电缆只能拉不能推移动平台，因此限制了它可以到达体积之外的姿势的滑轮。移动平台的一种技术从滑轮划定的区域出去就是拿利用 CDPR [4] 的动态行为。因此，Barrette 等人。定义动态工作区[5]的 CDPR。然而，从工业角度来看，使用这种方法使移动平台在 CDPR 扳手闭合工作空间之外沿着管移动是不现实的。

      据作者所知，存在两种解决方案沿着大型结构运行。第一个包括关于 CDPR [6,7] 的离散重构以覆盖要处理的整个结构。加利亚尔迪尼等人。定义了一个重新配置策略，想办法覆盖整个中重构次数最少的结构[8].但是，仍然需要一些手动操作将机器人从一种配置更改为另一种配置。第二种方法旨在将串行机械手嵌入到移动平台上，以在本地扩展工作空间 [9,10]。

      为了避免这些缺点，多链路 CDPR，即带有多关节移动平台的 CDPR，可以是用过的。这个概念是通过分析研究的[11] 中的 Force-Closure Workspace 或Tensionable Workspace 在[12]中，但仍然很少有应用[13]。最主要的是Lau的人体颈部造型等。谁开发了多链路的广义模型[14,15] 中的 CDPR。

     本文介绍了一种带有双连杆移动平台的平面 CDPR，用作夹具。抓取装置与结构之间的接触修改了机器人的模型，从而增加了部分机器人覆盖的结构。该机制下研究及其目标应用在第2节中进行了描述。第3节涉及几何静态建模手头的机制在两个自由阶段，即非抓握阶段和抓握阶段。在第4节中得出了一些结论。

2正在研究的机制

      图1代表具有六根电缆的平面 CDPR，它来自放置在蓝色矩形角上的绞车。这些电缆连接到四自由度移动平台。后者是一个由两个钳口组成的抓取装置，上一个为红色下一个是蓝色的。那些颚连在一起通过旋转关节。这个旋转关节给出了第四个夹具的自由度，除了两个通常的平移和平面移动的旋转-平台。抓取装置应抓取导轨和沿着肋骨翻译它。

      CDPR 的静态工作区通常包含在体积定义为滑轮的凸包。在里面这些滑轮固定在外部结构上的情况待治疗，需要确保移动平台即使它位于此卷之外，也可以到达它。到这样做，这里研究的解决方案包括掌握结构体。应该注意的是，几何静态机器人的模型从自由阶段到抓取阶段不同荷兰国际集团阶段。

      导轨放置在该肋骨内并与其相连沿肋骨方向有一个棱柱形接头。这目标是设法沿着整根肋骨移动导向装置通过使用 CDPR。为此，考虑了两个阶段。第一个称为自由相，对应于运动移动平台仅由电缆。在此阶段，移动平台被移入CDPR 的工作空间，以达到指导和掌握它。机器人的模型发生了变化，因为不仅电缆在移动平台上产生力，而且导轨和夹爪之间的反作用力。在第二阶段，称为抓取阶段，机器人应该能够抓住并移动指南肋骨。

                                图1 带有铰接式夹具的平面 CDPR

3 平面CDPR的几何静态建模带铰接式移动平台

3.1自由相

      移动平台由一个抓取装置组成在图 2 中发送。它由两个钳口组成，上一个是红色的，下面的是蓝色的，连成一个点P 通过旋转关节。电缆连接到每个颚。第 i 个 ca 的出口点（锚点，resp.）连接到上颚的 ble 被命名为 Aui, (Bui, resp.)我 = 1, . . . , 3. 与下颌连接的第j根索的出口点（anchor point, resp.）命名为Alj, (Blj,分别) j = 1, . . . , 3.

      因此，在这种平面情况下，移动平台有四个自由度，两个通常的平移和随着钳口的打开/关闭旋转一圈。连接到移动平台的框架表示为Fp = (P, xp, yp) 和 φ 是轴之间的旋转角度xb 和轴 xp。 Fu = (P, xu, yu) 是附加的框架到上颚和 Fl = (P, xl, yl) 连接到下颚。轴 xl 和轴 xu 之间的角度是表示为 γ 并且选择框架 Fp 使得每个下颚围绕它对称放置。因此角度Fp 和 Fu 之间或 Fp 和 Fl 之间是 γ/2。与连接到电缆的电缆相关的闭环方程上颚和下颚。

                                               图2 一种单自由度夹持器

3.2抓阶段

      当移动平台抓住导轨时，模型由于两个颚之间的接触，机器人的变化和指南。抓取自由体示意图装置如图3所示。除了连接到移动平台的六根电缆外，导轨和钳口被认为有四个接触点。建模方法与所示方法类似之前。 Wcu 和 Wcl 是与导轨和上部之间的接触点相关联的扳手矩阵下颚和下颚，分别。这些矩阵定义为等式（3a）和等式（3b），但对于接触点分别为 Cu1 和 Cu2 或 Cl1 和 Cl2。通过考虑考虑接触对打开/关闭的影响的钳口，我们获得全局扳手矩阵接触点 Wc。

                                              图3 移动平台抓取导轨自由体示意图

4. 结论

      本文介绍了一个平面 CDPR，带有一个具有两个自由度的新移动平台。这个移动-平台由一个抓取装置组成在外部结构上滑动。与指南可以被视为在线重新配置，因为它改变机器人的模型。这种重新配置增加了 CDPR 的工作空间，允许它移动沿着它的标准配置无法到达的结构。

      第一，搭载新型机器人的静态模型移动平台是在其自由阶段开发的，并且在其抓阶段。然后定义两个新的工作区符合这个概念的研究。第一个很适合用于使用具有多个自由度的移动平台研究 CDPR，第二个用于研究CDPR 与外部对象或结构交互。对这些工作空间的分析显示了CDPR 的移动平台与它的环境以改善其特性，例如增加它的工作区。

      这些有希望的结果是正在进行的在这一领域的工作，重点是结果的实验验证、抓取装置新设计的研究以及将这项工作扩展到空间案例。