并联机器人
时间:2016-01-01 16:23 来源:自动控制网
| 并联机器人又称并联机构（PM, Parallel Mechanism）， 一般结构如图1所示。 并联机器人可以定义为动平台和定平台两种形式, 二者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。 这种机器人有以下几个特点： (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。 因为这些特点， 并联机器人在需要高刚度、 高精度或者大载荷而无需很大工作空间的领域内得到了广泛应用， 主要应用于以下几个方面： (1) 运动模拟器。 并联机器人用作运动模拟器如图2所示。   图1 并联机器人结构 图2 并联机器人 (2) 并联机床。 并联机床具有承载能力强、响应速度快、精度高、机械结构简单、适应性好等优点，是一种“硬件” 简单、“软件”复杂、 技术附加值高的产品。 并联机床如图3所示。  图3 并联机床 (3) 微操作机器人。 微操作机器人如图4所示, 经常用于安装印刷电路板上的电子元件。  图 4 微操作机器人并联机器人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 自由度并联机构种类较多， 形式较复杂，一般有以下几个形式： 平面3自由度并联机构， 如3-RPR 机构，它们具有2个转动和1个移动； 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的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杆机构作驱动机构的6自由度并联机构等。 |
