并联机器人综述.doc

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1、并联机器人综述引言并联机器人是一类全新的机器人,它具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点,在21世纪将有广阔的发展前景。本文根据掌握的大量并联机器人文献,对其分类和应用做了简要分析和概括，并对其在运动学、动力学、机构性能分析等方面的主要研究成果、进展以及尚未解决的问题进行了阐述。第一章并联机构的发展概况1.1并联机构的特点并联机构是一种闭环机构,其动平台或称末端执行器通过至少2个独立的运动链与机架相联接,必备的要素如下:①末端执行器必须具有运动自由度;②这种末端执行器通过几个相互关联的运动链或分支与机架相联接;③每个分支或运动

2、链由惟一的移动副或转动副驱动。与传统的串联机构相比，并联机构的零部件数目较串联构造平台大幅减少，主要由滚珠丝杠、伸缩杆件、滑块构件、虎克铰、球铰、伺服电机等通用组件组成。这些通用组件可由专门厂家生产，因而其制造和库存备件成本比相同功能的传统机构低得多，容易组装和模块化。除了在结构上的优点，并联机构在实际应用中更是有串联机构不可比拟的优势。其主要优点如下：（1）刚度质量比大。因采用并联闭环杆系,杆系理论上只承受拉、压载荷,是典型的二力杆,并且多杆受力，使得传动机构具有很高的承载强度。（2）动态性能优越。运动部件质量轻，惯性低,可有效改善伺服控制器的动态性能,使动平台获得很高的

3、进给速度与加速度,适于高速数控作业。（3）运动精度高。这是与传统串联机构相比而言的,传统串联机构的加工误差是各个关节的误差积累,而并联机构各个关节的误差可以相互抵消、相互弥补，因此，并联机构是未来机床的发展方向。（4）多功能灵活性强。可构成形式多样的布局和自由度组合,在动平台上安装刀具进行多坐标铣、磨、钻、特种曲面加工等，也可安装夹具进行复杂的空间装配，适应性强，是柔性化的理想机构。（5）使用寿命长。由于受力结构合理，运动部件磨损小，且没有导轨，不存在铁屑或冷却液进入导轨内部而导致其划伤、磨损或锈蚀现象。并联机构作为一种新型机构，也有其自身的不足，由于结构的原因，它的运动空

4、间较小，而串并联机构则弥补了并联机构的不足，它既有质量轻，刚度大，精度高的特点，又增大了机构的工作空间，因此具有很好的应用前景，尤其是少自由度串并联机构，适应能力强，且易于控制，是当前应用研究中的一个新热点。1.2并联机器人的研究现状.并联机构的最早应用可以追溯到1938年，Polladr提出采用并联机构作为汽车喷漆装置。Gough在1948年提出用一种关节连接的机器来检测轮胎(见图l-1)，而直到1962年才出现相关的文字报道。真正引起机构领域研究人员注意的是1965年，Setwart在他的一篇文章提出了一种6自由度的并联机构，并建议可以将该机构用于飞行器(见图1-2)、

5、受人类控制的宇宙飞船，还可以作为新型机床的设计基础。J.Tindale建议将该形式的机构用于矿山开采机构和海上钻井平台(见图1-3)。1978年，澳大利亚著名机构学家Hunt提出可以应用6自由度的Stweart平台机构作为机器人机构(见图1-4)。Stweart平台机构最初起源于Gough的法国汽车轮胎试验装置，在1965年由Stewart将其用于飞行模拟器后得名。1979年Mccallino等人首次设计出了在小型计算机控制下，在精密装中完成校准任务的并联机器人，从而真正拉开了并联机器人研究的序幕，越来越多的学者投入到研究之中。到80年代中期，国际上研究并联机器人的人还廖寥

6、无几，出的成果也不多，到S0年代末期特别是90年代以来，并联机器人才广为注意，并成为了新的热点，许多大型会议都设多个专题进行讨论，国际上名的学者有Warldron，Roth，Gosselin，Fenton，Merlet，AngeleS等。图l-1Gough的轮胎检测装置图1-2Stewart飞行模拟器图1-3海上钻井平台图l-4Hunt机器人操作手1.3并联机构的分类与发展在并联机器人机构体系中，有着多种机构种类划分方法。按照自由度划分，有2个自由度，3个自由度，4个自由度，5个自由度和6个自由度并联机构。其中2到5个自由度机构被称为少自由度机构。按照机器人机构结构划分，可

7、分为平面结构机器人，球面结构机器人和空间结构机器人。其中空间6自由度并联机器人和平面、球面3自由度并联机器人机构很早引起国际学者关注，无论是理论研究，还是应用研究都比较深入。由于实际应用需要不同的自由度机构，而且有些场合只需要部分自由度，如2，3，4或5个自由度就可以满足要求，因此，少自由度并联机构也成为国内外学者的关注热点。少自由度并联机构除了具有明显的经济性外，其结构简单，易于控制，因此对少自由度机构的研究也具有很大的理论和实际价值。少自由度并联机构型综合的先驱者应为澳大利亚机构学著名教授Hunt，他在1983