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并联机器人

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并联机构(Parallel Mechanism,简称PM),可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接,机构具有两个或两个以上自由度,且以并联方式驱动的一种闭环机构。

目录

1特点

并联机器人和传统工业用串联机器人在哲学上呈对立统一的关系,和串联机器人相比较,并联机器人具有以下特点:(1)无累积误差,精度较高;(2)驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置,这样运动部分重量轻,速度高,动态响应好;(3)结构紧凑,刚度高,承载能力大;(4)完全对称的并联机构具有较好的各向同性;(5)工作空间较小;根据这些特点,并联机器人在需要高刚度、高精度或者大载荷而无须很大工作空间的领域内得到了广泛应用

2相关

1978年,Hunt首次提出把六自由度并联机构作为机器人操作器,由此拉开并联机器人研究的序幕,但在随后的近10年里,并联机器人研究似乎停滞不前。直到80年代末90年代初,并联机器人才引起了广泛注意,成为国际研究的热点。在国内,燕山大学教授黄真教授在1991年研制出我国第一台六自由度并联机器人样机(图1-5),在1994年研制出一台柔性铰链并联式六自由度机器人误差补偿器,在1997年出版了我国第一部关于并联机器人理论及技术的专著,2006年又出版了《高等空间机构学》。黄真,男,汉族,1936年2月出生,江苏宜兴人,教授,1959年毕业于哈尔滨工业大学机械工艺专业,现任燕山大学教授,博士生导师。他是我国最早的一位从事并联机器人研究的学者,也是该领域的最著名的学者。他多次参加国际学术活动,在国际上已有较大的影响,特别是在2004年举行有44个国家500多名学者参加的国际机器和机构学学会国际学术年会第11届大会上,他为6个中心发言人之一。他主要从事机器人学、和并联机器人机械学等方面的研究工作。多年来,先后承担国家自然科学基金项目9项,国家863项目3项,国家科技攻关等项目共计20余项。已在国内外发表论文280余篇,其中国际著名杂志《Mechanism and Machine Theory》、《International Journal of Robotics Research》, 《Journal of Robotic Systems》,《ASME Journal of Mechanical Design》发表30余篇;ASME、IEEE等国际会议发表论文50余篇;《中国科学》及国内一级学术杂志《机械工程学报》、《中国机械工程》、等发表论文40余篇。其中129篇次被三大索引(SCI-33、EI-88和ISTP-8)收录,他引总共369次。出版专著《空间机构学》(1991年)和《并联机器人机构学理论及控制》(1997年),后者被审定为“全国高技术重点图书”。今年他的专著《高等空间机构学》又被教育部审定为全国研究生指定教材,已于2006年6月出版。他的研究成果已获国家教育部科自然科学1等奖2项,河北省科技进步1等奖2项等科技奖励共计16项。目前,作为课题主要负责人主持国家自然科学基金等项目2项及河北省高层次特别优秀人才支持计划。黄真教授治学严谨、知识渊博、诲人不倦,直到现在的近70岁的高龄仍旧奋战在科学研究的第一线。黄真教授在工作中他多次受到党和政府的表彰,多次被评为省管优秀专家。并多次获秦皇岛市劳动模范、河北省劳动模范和原机械工业部劳动模范等光荣称号。

3结构

提出、特点及应用
1965 年,德国Stewart 发明了六自由度并联机构,并作为飞行模拟器用于训练飞行员。1978年澳大利亚著名机构学教授Hunt提出将并联机构用于机器人手臂。并联机构的特点:(1)与串联机构相比刚度大,结构稳定;(2)承载能力大;(3)微动精度高;(4)运动负荷小;(5)在位置求解上,串联机构正解容易,但反解十分困难,而并联机构正解困难反解却非常容易。由于机器人在线实时计算是要计算反解的,这对串联式十分不利,而并联式却容易实现。分类
从运动形式来看,并联机构可分为平面机构和空间机构;细分可分为平面移动机构、平面移动转动机构、空间纯移动机构、空间纯转动机构和空间混合运动机构,另可按并联机构的自由度数分类:(1 )2 自由度并联机构。2 自由度并联机构,如5-R、3-R-2-P(R 表示转动副,P 表示移动副)平面5杆机构是最典型的2自由度并联机构,这类机构一般具有2 个移动运动。(2 )3 自由度并联机构。3 自由度并联机构各类较多,形式较复杂,一般有以下形式:平面3自由度并联机构,如3-RRR 机构、3-RPR 机构,它们具有2个移动和一个转动;球面3自由度并联机构,如3-RRR 球面机构、3-UPS-1-S 球面机构,3-RRR 球面机构所有运动副的轴线汇交空间一点,这点称为机构的中心,而3-UPS-1-S 球面机构则以S的中心点为机构的中心,机构上的所有点的运动都是绕该点的转动运动;3 维纯移动机构,如Star Like 并联机构、Tsai 并联机构和DELTA 机构,该类机构的运动学正反解都很简单,是一种应用很广泛的3维移动空间机构;空间3自由度并联机构,如典型的3-RPS 机构,这类机构属于欠秩机构,在工作空间内不同的点其运动形式不同是其最显著的特点,由于这种特殊的运动特性,阻碍了该类机构在实际中的广泛应用;还有一类是增加辅助杆件和运动副的空间机构,如德国汉诺威大学研制的并联机床采用的3-UPS-1-PU 球坐标式3 自由度并联机构,由于辅助杆件和运动副的制约,使得该机构的运动平台具有1 个移动和2 个转动的运动(也可以说是3个移动运动)。(3 )4 自由度并联机构。4 自由度并联机构大多不是完全并联机构,如2-UPS-1-RRRR 机构,运动平台通过3 个支链与定平台相连,有2个运动链是相同的,各具有1 个虎克铰U ,1 个移动副P ,其中P 和1 个R 是驱动副,因此这种机构不是完全并联机构。(4 )5 自由度并联机构。现有的5 自由度并联机构结构复杂,如韩国Lee的5自由度并联机构具有双层结构(2 个并联机构的结合)。(5 )6 自由度并联机构。6 自由度并联机构是并联机器人机构中的一大类,是国内外学者研究得最多的并联机构,广泛应用在飞行模拟器、6维力与力矩传感器和并联机床等领域。但这类机构有很多关键性技术没有或没有完全得到解决,比如其运动学正解、动力学模型的建立以及并联机床的精度标定等。从完全并联的角度出发,这类机构必须具有6个运动链。但现有的并联机构中,也有拥有3 个运动链的6 自由度并联机构,如3-PRPS 和3-URS 等机构,还有在3 个分支的每个分支上附加1个5杆机构作这驱动机构的6自由度并联机构等。
参考资料
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