串行腕關(guān)節(jié)與并行腕關(guān)節(jié)優(yōu)缺點(diǎn)對比分析

串行和并行手腕機(jī)構(gòu)之間存在著大量的差異。當(dāng)在具有相同數(shù)量自由度的設(shè)備之間進(jìn)行比較時(shí)，串行機(jī)構(gòu)往往比并行機(jī)構(gòu)更長，盡管使用腱驅(qū)動(dòng)和傘齒輪差速器可能會(huì)緩解這一問題，因?yàn)閳?zhí)行機(jī)構(gòu)的位置有一定的自由度。如果不使用差動(dòng)聯(lián)軸器，則只有一個(gè)執(zhí)行器負(fù)責(zé)輸出自由度。

對于串行機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)范圍和扭矩規(guī)格通常簡單地由執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇和基本形狀幾何決定，而不依賴于配置。此外，使用更少的組件可能會(huì)帶來更強(qiáng)的健壯性，盡管負(fù)載必須通過整個(gè)手腕機(jī)制傳遞。并聯(lián)機(jī)構(gòu)往往有更多的結(jié)構(gòu)和幾何設(shè)計(jì)參數(shù)會(huì)影響ROM和生產(chǎn)轉(zhuǎn)矩。然而，這種額外的復(fù)雜性在設(shè)計(jì)過程中允許更大的自由度。在大多數(shù)平行腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)中，沿任意自由度運(yùn)動(dòng)需要多個(gè)電機(jī)的串聯(lián)驅(qū)動(dòng)。這種耦合允許多個(gè)驅(qū)動(dòng)器貢獻(xiàn)一個(gè)單一的運(yùn)動(dòng)，然而在某些配置中，致動(dòng)器實(shí)際上可能工作在相反的另一個(gè)，不能在一個(gè)特定的方向驅(qū)動(dòng)。在串行腕關(guān)節(jié)中也存在奇異構(gòu)型，奇點(diǎn)是可預(yù)測的，并且機(jī)制很容易為奇點(diǎn)設(shè)計(jì)在期望的工作空間之外。

并行機(jī)制中的各種架構(gòu)為腕部在子領(lǐng)域的發(fā)展留下了很大的空間，特別是與串行機(jī)制相比。在串行手腕機(jī)構(gòu)中，只有少數(shù)類型的架構(gòu)是可能的，盡管在大小、可靠性和功率密度方面的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仍有改進(jìn)。盡管許多并行機(jī)制(特別是球形機(jī)制)的架構(gòu)已經(jīng)在地圖集中被詳盡地描述和索引，但物理實(shí)現(xiàn)仍然很少。部分原因可能是很難創(chuàng)建一個(gè)成功的并行機(jī)制的物理實(shí)現(xiàn)，微小的制造誤差會(huì)導(dǎo)致過度約束和內(nèi)力的大幅增加。由于正運(yùn)動(dòng)學(xué)求解困難，控制機(jī)構(gòu)的軟件和方法也會(huì)出現(xiàn)困難，對于一些冗余驅(qū)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，內(nèi)力的緩解需要額外的傳感器和復(fù)雜的控制方法。