基于3-rps型并联机器人驱动位移轨迹跟踪控制分析

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1、中发挥着重要作用。1.2并联机器人的研究概况1.2.1发展概述并联机构最早来源于1965年，Stewart提出的一种具有六个自由度的平台，当时只是把它作为一个新型的平台来看，还没有引起人们的关注。之后，人们把这种机构称之为我们现在所熟悉的Stewart机构，以Stewart本人的名字命名，如图1.1所示。该机构的结构组成并不复杂，主要包括6条支链、2个平台，6条支链的结构组成都一样，其中每条支链又包括三个运动副：两个球副和一个移动副，若在每个移动副上增加驱动即可实现6条支路相互独立的自由伸缩运动，作为一种新型的机构，其整体刚度相对比较大、不易变形、执行器所承

2、载的能力很强、运行操作相对比较简单等优点。Hunt针对并联机构，从机器人角度进行了分析，将Stewart平台第一次作为机器人机构来研究，从而更加促进了并联机构的研究进入一个新的阶段，人们开始关注这一新型机构的研究。在Hunt研究的启发下，随后出现了如Duffy、Fichte、Kerr、Mohamed等著名机构学家，其中，Maccanion和Pham.D.T第一次根据Stewart平台，研制成操作器在组装过程中的生产第一线中得到应用，把并联机构第一次应用到了实践当中，由此，标志着并联机器人诞生。此后，随着研究的学者越来越多，并联机器人取得了飞速的发展[5,6]

3、。运用并联机构的特点，美国作为最发达的国家，在美国率先把并联机构运用到研究军用系统中，实现了军队中的模拟训练，根据并联机构研究出了一个运动平台系统，用于模拟军队中飞行员训练，解决了飞行员训练飞行技术难的问题。Fichter通过采用Stewart平台作为主要的机构，选择电机作为驱动器驱动移动副，应用并联机构的特点开发一种线性手臂机器。Hudgens和Tesar在前人的基础上，依据Stewart平台的特点，开发了一种微动并联机器人。Merlet教授研制出了INRIA并联机构的样机。Kerr通过采用Stewart平台，综合传感器的用途，把该平台运用到传感器中。此后

4、，各发达国家先后都纷纷投入大力研究和开发并联机器人，如图1.2~1.4所示[7,8]。图1.1典型六自由度Stewart平台图1.2韩国军用机器人2图1.3德国“蜘蛛”机器人图1.4美国太空机器人在国内，早期由于国家经济落后，后来经过改革开放后，受到国际社会的普遍影响，国家政府也开始越来越重视对这一新型机器人的研究与应用，因此，政府在其中也投入了非常大的资源成本用于研究这一新型机器人。国家针对该机构设立了国家自然科学基金项目和“863”计划，并把并联机器人的研究纳入国家“九五”计划之中，就是为了鼓励更多的学者投入其研究当中，可见国家对其研究的重视程度。同时，

5、在国家鼓励和当地政府大力资助的背景下，越来越多的科研单位和高等院校也都开始着眼于这一新型机器人的研究开发当中，经过长时间的努力，在国内从一片空白到取得了优异的成绩。1990年，我国首台并联机器人实验样机研制成功，取得了突破性的进展。该样机由黄真教授对并联机器人经过长期的钻研而研究得出，如图1.5，该研究成果为我国今后对并联机器人的研究确定了重要的理论原理和实验基础，这一研究开创了中国在并联机器人领域零的突破。随后，全国很多高校都先后相继在并联机器人领域有了各自新的突破，如图1.6~1.8。哈尔滨工业大学提出了微动并联机器人。黄真针对机构产生的误差，为了减小误

6、差，结合了补偿器原理，又开发出了一台误差补偿器机器人，实现了对误差的调整。由清华大学、天津大学共同参与，经过长时间的共同努力联合开发出了一台虚拟轴机床VAMT1Y。除此之外，很多研究机构都取得理想的成绩。至今，我国对并联机器人的研究取得了非常理想的成果，这极大地扩大了整个机器人的应用领域，满足了串联机器人所不能达到的要求，在特点和应用上构成了巨大的互补关系，推动了社会的发展，人类的进步[9]。3图1.5我国第一台并联机器人图1.6哈尔滨工业大学研制的并联机器人图1.7训练模拟器图1.8中医推拿机器人哈尔滨工业大学在所取得的成果的基础上，积累经验不断创新，并成

7、立了公司，其公司的主要业务是针对并联机器人，对其进行开发与设计；清华大学分别与多家公司合作，针对并联机器人共同对其研究开发，最终取得了可喜的成绩。如研制开发了虚拟机床XNZ63、龙门式虚拟轴机床XNZ2010和五轴联动串联机床DCB－510。对于这些研究成果在工业生产中的应用，很大程度上对生产力的的发展和进步起到了巨大的推动作用[10]。1.2.2主要问题和现状近来，对于并联机器人的研究，国内外大致基本相同，主要区别可能是各国学者在对其研究领域的侧重点不同，但人们主要在运动学、动力学、控制策略的选择等几个领域所投入的成本占大多数，其它领域也有，只是相对来说所

8、占比例偏少。而动力学和控制策略的选择的研究学者所占比