并联机器人发展现状与展望

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1、并联机器人发展现状与展望            〔 作者：夏广岚 等人     转贴自：《中国科技信息》2005 年第22 期     1 ，并联机构的提出、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

2、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，而并联式容易实现。2 ，并联机构的分类           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

3、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

4、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[1]，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

5、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

6、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。3 ，并联机器人的发展现状          国内外学术界和工程界对研究和开发并联机床都非常重视。1994  年在芝加哥国际机床博览会(IMTS’94)上首次展出了称为“六足虫”(Hexapo

7、d)和“变异型”(VARIAX)的数控机床与加工中心并引起了轰动。此后，各主要工业国家都投入了大量的人力和物力进行并联机床的研究与开发。如美国IngersollMilling公司、Giddings&Lewis公司和Hexal 公司，英国GeodeticTechnology公司，俄罗斯Lapik 公司，德国Mikromat  公司、亚琛工业大学、汉诺威大学、斯图加特大学,挪威Multicraft 公司，瑞士ETZH 和IFW 研究所，瑞典Neos 机器人公司，意大利Comau 机床公司，丹麦Braunschweig 公司，日本

8、丰田公司、日立公司、三菱公司、韩国SENATECHNOLOGIES 公司等单位相继研制出不同结构形式的数控机床、激光加工和水射流机床、坐标测量机等基于并联机构的制造设备[3,4]。并联机床所涉及的基本理论问题同样引起了许多研究单位的重视,              由美国国家科学基金会动议