随着新能源汽车的飞速发展,充电设施的需求也越来越大。传统充电桩需要人工操作实现充电,自动化程度低,充电完成后不能及时拔下充电头导致充电桩被占用,利用效率低;另外,智能车库的普及也对自动化充电提出了新的需求。传统的关节型机器人体积大、避障能力差,不适合于在狭小空间中应用。因此,本文研制了线驱动柔性智能充电机器人系统,结构小巧、运动灵活,可用于智能车库、停车场等场合,实现对新能源汽车的自动充电。基于工作环境和应用场景的分析,确定了充电机器人系统的功能和性能指标,基于此,设计了基于绳索联动的线驱动柔性机器人系统方案。所设计的机器人包括操作臂和控制箱,其中操作臂由三个两自由度的联动模块和一个两自由度十字轴模块组成,每个模块由3根钢丝绳牵引,每根绳索由一个电机和一套丝杠导轨机构驱动,实现了电机的旋转运动到绳索拉伸运动的转换。绳索拉伸过程中联动模块为等曲率弯曲变形,且具有较高的运动精度和负载能力。所有电机、传动机构、传感器和控制器均放置在一个箱体中(称为控制箱),大大降低了操作臂部分的质量和尺寸,使其可以在狭小环境中灵活运动。另外,控制箱内设计了自动擒释机构,可自动卡紧、释放驱动绳索,使得操作臂与控制箱容易分离,方便更换和调试。为实现充电过程中末端轨迹的精确控制,推导了线驱动柔性充电机器人系统的运动学方程,建立了机器人末端位姿和电机转角之间的映射关系,并采用伪逆法进行逆运动学求解。在此基础上,对机器人末端的典型运动轨迹进行了规划,包括圆弧运动轨迹、直线运动轨迹和一般曲线运动轨迹等。另外,开发了基于ARM处理器的嵌入式控制系统,对各伺服电机进行联合控制;同时,为方便用户设置作业任务,并进行调试,编写了基于Visual C++的上位机软件,通过CAN总线网络与嵌入式控制系统进行实时通讯,可实现多种控制模式,包括独立控制和协同控制,增强了人机交互能力。在上述工作的基础上,完成了机器人样机的集成,并开展了性能测试和典型作业任务的实验研究,包括重复定位精度的测试,以及末端直线轨迹跟踪、圆弧轨迹跟踪和模拟充电等实验,实验结果表明所研制的机器人达到了设计要求。