基于adams和simulink联合仿真的高速并联机械手伺服系统.研究

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1、第一章绪论1．1课题研究背景及意义第一章绪论现代机器人的研究始于20世纪中期，其技术背景是计算机和自动化的发展，以及原子能的开发利用。自1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速、大容量、低价格的方向发展。大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，其结果之一便是1952年数控机床的诞生。与数控机床相关的控制、机械零件的研究又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，原子能实验室的恶劣环境要求操作机械代替人处理放射性物质。在这一要求的背景下，美国原子能委员会的阿尔贡研究所于194

2、7年开发了遥控机械手，1948年开发了机械式的主从机械手。1959年美国英格伯格和德沃尔制造了世界上第一台工业机器人，并兴办了世界上第_家机器人制造工厂。他们因此被称为机器人之父。自此，工业机器人得到了迅速发展，并广泛应用于工业领域以及服务行业、医疗卫生等方面。。基于关节型的传统串联机器人在工业界尤其是制造业获得了普及应用，但是在许多其它工业场合，比如在插装、分拣等工序中，需要机械手以很高的速度和加速度完成工件的提取、移动和插入等操作。如何实现这类机械手的高速、高精度运动控制一直是机器人技术研究的难点

3、和热点问题。传统的工业机器人因采用开环串联机构，即便是抓取几克重的物料也需较为粗大的动臂以提供足够的刚度，因此难于实现末端执行器的高速运动。此时，便出现了全新的并联构型机器人种类【l捌。与串联构型机器人相比，并联机器人具有结构刚度大、承载能量强、运动精度高以及位置反解简单和力反馈控制方便等诸多优点。由于其可将驱动器安装在机架上，并将从动构件制成轻杆，因此在轻小物料的中短距离高速操作方面表现出了良好的应用前景【3一。并联机器人与目前广泛应用的串联机器人在应用上构成互补关系，因而扩大了整个机器人的应用领域

4、。国内外研发机构和学者对它的研究与开发给予了高度重视，做了大量的研究工作，取得了一系列的成果。在并联机器人机构的应用中，研究的深度和实用化或者说商品化进程较高的有三种机型。一是六足结构的Stewart[5】平台，其被广泛应用于并联机床、机器人装置，如美国HEXEL公司的六轴CNC定位平台，如图1．1所示。根ROBOTOOL研发项目(2002年)的统计，在共88家单位的80个机型中，就有60个机型为Stewart或基于此机型的6自由度并联机构，占总数的75％。二是可实现3维纯平动的DELTA并联机器人，

5、如瑞士ABB公司生产的DELTA构型并联机器人第一章绪论IRB340FlexPieker，见图l之。还有一种是带有导向装置的三自由度并联(混联)机构t如瑞典SMTTricept(前身为NeosRobotics)的Tficept600并联机床(见图1-3)。图】4六自由度并联样机图l-5六自由度并联误差补偿器以Stewart平台为代表的六自由度并联机器人已得到了广泛的研究，但在某些场合，少自由度并联机器人由于其驱动元件少、造价低、结构紧凑而有较高的实用价值，更具有较好的应用前景，因此少自由度的并联机器人

6、的设计理论的研究和应用领域的拓展成为了并联机器人的研究热点之一。科研人员己相继研究具有各自应用背景的新型少自由度并联机器人机型，并开发出其样机模型。圈】．6"CAMTIY并联机床圈1．7DSX5--70混联机床在少自由度并联机型的研究中，三维平移并联机构得到J’泛的重视。Clavel口】(1988)提出了一种可实现纯平动3自由度Delta并联机器人，在Delta机构的支链中采用平行四边形机构约束动平台的3个转动自由度。Tsai【l”(1996)提出的Delta机构完全采用回转副，并通过转轴的偏移扩大了

7、Delta机构的工作空问。在Tricept并联机床上聚用的构型是由Neumann⋯1(1998)发明的一种具有3个可控位置自由度的并联机构，该机构3个内副驱动支链并由导向装置约束动平台。Tsait”1(1999)通过自由度分析提取支链的运动学特征，系统研究了并联机构的综合问题，特别研究了一类实现3自由度平动的并联机构。RasimAlizade【131于2004年提出基于平台类型和联接平台的形式和类型进行分类的一种并联机构的结构综合和分类的新方法和公式，并综合出具有单平台和多平台的纯并联和串并混联机构。

8、在国内．黄真教授研制出了解耦微型6维力传感器和微动机械，并开发了多个少自由度并联机器人机构新机型[1410天津大学的黄田教授【18于1999年在Delta机构的基础上提出一种实现3自由度平动的3一Hss并联机床，通过在支链中引入过约束支链有效地提高了并联机床的静剐度和精度。综合可见，我国并联机器人技术相比国外虽然起步较晚，却已取得了一些列科研成果。不过，国内并联机器人距离大批量的工业化应用尚待进一步的研究。随着国民经济的快速发展．对并联机器人，特别是拥有