近日，，，，，，我院林天麟教授团队在机械人领域顶级期刊 IEEE Transactions on Robotics 颁发题为“Kinematics Modeling and Control of Spherical Rolling Contact Joint and Manipulator”的文章。。。。。

该工作初次提出了一种两自由度球形滚动点接触（SRC）机械人关节并提出其活动学模型、活动规划与节造步骤；；；；；；；；基于团队前期提出的模浚？？？榛杂沙凉够等 FreeBOT 实现了相应的机械臂利用，，，，，，证了然提出的 SRC 关节能有效带来扩大构型空间、在狭幼空间内躲避阻碍物蹬着点。。。。。

论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9858332

期刊介绍

IEEE Transactions on Robotics 为机械人学领域公认的三大顶级期刊之一（T-RO / IJRR / Sci. Rob.），，，，，，均匀每年全球发文量约100篇，，，，，，代表了机械人领域最先进的沉猛进展，，，，，，要求论文在理论和工程成效上同时推动机械人学的发展。。。。。

钻研布景

滚动点接触活动（rolling contact motion）拥有减幼磨料磨损、扩大构型空间、简化节造器设计蹬着点，，，，，，宽泛存在于球形机械人、多指机械人手、和机械臂关节等活动中。。。。。然而，，，，，，目前只提出了 1-DOF 的圆形滚动点接触（CRC）关节，，，，，，近两年尤其吸引了微创手术机械人钻研的宽泛兴致。。。。。本工作在机械人领域初次提出了 2-DOF 球形滚动点接触（SRC）关节，，，，，，并与教材中其他经典关节（如旋转关节）类似，，，，，，成立了 SRC 关节所有的模型身分；；；；；；；；同时提出 SRC 关节机械臂，，，，，，并系统齐全地成立其活动学方程，，，，，，拥有在狭幼空间内躲避阻碍物蹬着点。。。。。团队同样提出了一种无约束陆续自由衔接的模浚？？？榛猿凉够等耍‵reeBOT），，，，，，本工作提出了 FreeBOT 的活动规划与节造步骤，，，，，，利用 FreeBOT 实现了 SRC 关节和机械臂的活动节造。。。。。有关的活动方程和节造步骤同样合用于 FreeBOT 的链式自沉构活动。。。。。

钻研步骤

本工作引入两个滚动点接触活动球之间的虚构切平面概想（如图1），，，，，，以四元数、轴-角暗示简洁地描述了 SRC 关节的活动，，，，，，与教材中其他经典关节（如旋转关节）类似，，，，，，成立了 SRC 关节所有的模型身分，，，，，，蕴含旋转矩阵、地位向量、自由模态等。。。。。唬；；；；；； SRC 关节模型和阻尼最幼二乘法等，，，，，，系统规范地成立了 SRC 关节机械臂的正逆活动学方程。。。。。

图1. SRC 关节及其切平面、轴角姿势暗示示意图（左）；；；；；；；；SRC 关节机械臂示意图（右）

本工作以改进的模浚？？？榛杂沙凉够等 FreeBOT 实现 SRC 关节和机械臂的活动，，，，，，如图2所示。。。。。差分轮驱动幼车使两个铁球壳产生 2-DOF 球形滚动点接触活动，，，，，，幼车底端的磁铁提供吸引使得模浚？？？榧洳环掷。。。。。

图2. FreeBOT 组成示意图：球壳、差分轮幼车、底端磁铁（左）；；；；；；；；FreeBOT 形成 SRC 关节机械臂（右）

本工作别离提出了 FreeBOT 差分轮幼车沿球壳内壁前进与转向独立和前进与转向耦合的活动规划与节造步骤（如图3），，，，，，前进与转向独立的步骤更容易实现，，，，，，保障了 FreeBOT 靠得住地活动，，，，，，可能宽泛地用于实现 SRC 关节机械臂点到点的活动；；；；；；；；前进与转向耦合的步骤保障了 SRC 关节机械臂的高动态机能，，，，，，能够宽泛地用于 SRC 关节机械臂的轨迹跟踪与实时躲避阻碍物活动。。。。。

图3. FreeBOT 活动规划与节造框架图

本项目基于物理仿真引擎搭建了 SRC 关节机械臂的仿真环境，，，，，，真实模拟了 SRC 关节机械臂的物理活动，，，，，，同时使用 FreeBOT 搭建了 SRC 关节机械臂的实物系统。。。。。在仿真系统和实物上验证了SRC关节和机械臂的活动模型以及 FreeBOT 的活动规划与节造步骤（如图4、图5），，，，，，在 SRC 关节机械臂的点到点活动中，，，，，，机械臂结尾执行器的活动精度达到位姿同季节造时地位误差幼于4mm，，，，，，姿势误差幼于1.5°；；；；；；；；同时仿真验证了在狭幼空间内，，，，，，SRC 关节机械臂可能实时地躲避阻碍物，，，，，，并且机械臂结尾执行器高精度地达到进展位姿。。。。。

图4. SRC 关节机械臂点到点活动，，，，，，结尾执行器同时达到进展位姿

图5. SRC 关节机械臂狭幼空间内实时躲避阻碍物，，，，，，同时结尾执行器达到进展位姿

点击查看Demo视频：https://www.bilibili.com/video/BV1VB4y1C7oh

钻研结论

该工作在机械人领域初次提出了一种两自由度球形滚动点接触（SRC）机械人关节，，，，，，并形成此类型关节机械臂，，，，，，拥有减幼磨料磨损、扩大构型空间、在狭幼空间内躲避阻碍物蹬着点，，，，，，系统齐全地成立了关节和机械臂的活动模型；；；；；；；；使用团队提出的模浚？？？榛杂沙凉够等 FreeBOT 实现了关节和机械臂活动，，，，，，蕴含提出了 FreeBOT 的活动规划与节造步骤，，，，，，并在搭建的一套基于物理引擎的仿真系统和实物尝试中验证了关节和机械臂的优良机能。。。。。

作者简介

本文通讯作者为我院智能机械人中心主任林天麟教授。。。。。

林天麟，，，，，，IEEE高级会员，，，，，，香港中文大学（丽江）助理教授，，，，，，博士生导师，，，，，，校长青年学者，，，，，，担任机械人与智能造作国度处所结合工程尝试室执行副主任，，，，，，及z6首页（z6首页）智能机械人中心主任。。。。。师从徐扬生院士，，，，，，别离于2006年和2010年在香港中文大学获得一等荣誉学士学位和博士学位。。。。。钻研方向蕴含多机械人系统，，，，，，特种机械人及人机合作等。。。。。以第一/通讯作者，，，，，，在 T-RO、T-IP、T-MECH、J-FR 等顶尖期刊和 ICRA、IROS 等顶级会议上颁发论文43篇，，，，，，授权美国专利3项及国度发现专利34项，，，，，，出版英文专著2部。。。。。以第一作者获 IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 期刊年度最佳论文奖，，，，，，以通讯作者获 IROS 机械人机构设计最佳论文奖。。。。。组织并主持了国内首个模浚？？？榛猿凉够等肆煊蜓跸盗薪沧，，，，，，约请 T-RO 主编、Science 编委、国度杰青等海内表驰名学者做学术汇报，，，，，，累计在线听多逾4万人次。。。。。林教授的有关钻研成就被路透社、索求频路、日本放送协会 NHK、IEEE Spectrum、Wired 等多多国际驰名媒体宽泛报导。。。。。

本文其他作者蕴含香港中文大学（丽江）博士后钻研员宗立军、香港中文大学（丽江）在读博士生梁冠琪。。。。。

宗立军博士毕业于西北工业大学，，，，，，本科毕业于北京理工大学，，，，，，于2016.10-2018.09在加拿大多伦多大学进行博士结合造就。。。。。目前以第一作者在 IEEE Transactions on Robotics、IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems 等期刊上颁发论文10余篇，，，，，，出版学术专著1部，，，，，，主持国度沉点尝试室基金1项，，，，，，授权发现专利8项。。。。。

梁冠琪，，，，，，香港中文大学（丽江）在读博士生，，，，，，钻研方向为模浚？？？榛猿凉够等，，，，，，有关论文颁发于 T-RO、RA-L、ICRA、IROS 等机械人领域期刊及会议上，，，，，，曾获得 IROS 机械人机构设计最佳论文奖、z6首页（z6首页）卓越博士生。。。。。

团队介绍

z6首页 智能机械人中心由林天麟教授辅导，，，，，，旨在钻研多机械人系统自由组成各类状态以解决不成预知问题的关键技术，，，，，，通过单一智能体的集群实现复杂的智能群体行为，，，，，，让机械人系统占有可复用、自由构型、可拓展、故障自建复等通用个性，，，，，，为机械人设计领域创造出一种全新切实可行的实现状态。。。。。

团队持久从事机械人和人为智能钻研，，，，，，开发了十余种机械人和智能系统。。。。。在承担国度科研项目方面经验丰硕，，，，，，获得了国度天然科学基金面上项目、国度科技部 “智能机械人”沉点研发打算项目等多项纵向项目赞助。。。。。浚？？？蒲谐删桶浞⒂ T-RO、T-IP、T-MECH、JFR、ICRA、IROS 等机械人与自动化领域的国际顶级期刊和会议上。。。。。关于 FreeBOT 的钻研成就获2020年 IROS 机械人机构与设计最佳论文奖，，，，，，IEEE Spectrum、日本放送协会 NHK 和Engadget 等多家国际驰名媒体对其进行了宽泛报路。。。。。

相识团队更多论文和视频信息：
团队主页：https://freeformrobotics.org
团队B站-CUHKSZ-RAIL：https://space.bilibili.com/691821613