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并联机器人知识

发布日期:2015-08-15 11:18:57 【关闭】
摘要:

并联机器人
中文名并联机器人?? 外文名Parallel robot简??? 称PM

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? 分类 1并联机构(Parallel Mechanism,简称PM),可以定义为动平台和定平台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。
2并联机器人和传统工业用串联机器人在哲学上呈对立统一的关系,和串联机器人相比较,并联机器人具有以下特点:
(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;
根据这些特点,并联机器人在需要高刚度、高精度或者大载荷而无须很大工作空间的领域内得到了广泛应用
3
1978年,Hunt首次提出把六自由度并联机构作为机器人操作器,由此拉开并联机器人研究的序幕,但在随后的近10年里,并联机器人研究似乎停滞不前。直到80年代末90年代初,并联机器人才引起了广泛注意,成为国际研究的热点。
在国内,燕山大学教授黄真教授在1991年研制出我国第一台六自由度并联机器人样机(图1-5),在1994年研制出一台柔性铰链并联式六自由度机器人误差补偿器,在1997年出版了我国第一部关于并联机器人理论及技术的专着,2006年又出版了《高等空间机构学》。
黄真,男,汉族,1936年2月出生,江苏宜兴人,教授,1959年毕业于哈尔滨工业大学机械工艺专业,现任燕山大学教授,博士生导师。
他是我国最早的一位从事并联机器人研究的学者,也是该领域的最着名的学者。他多次参加国际学术活动,在国际上已有较大的影响,特别是在2004年举行有44个国家500多名学者参加的国际机器和机构学学会国际学术年会第11届大会上,他为6个中心发言人之一。
他主要从事机器人学、和并联机器人机械学等方面的研究工作。多年来,先后承担国家自然科学基金项目9项,国家863项目3项,国家科技攻关等项目共计20余项。已在国内外发表论文280余篇,其中国际着名杂志《Mechanism and Machine Theory》、《International Journal of Robotics Research》, 《Journal of Robotic Systems》,《ASME Journal of Mechanical Design》发表30余篇;ASME、IEEE等国际会议发表论文50余篇;《中国科学》及国内一级学术杂志《机械工程学报》、《中国机械工程》、等发表论文40余篇。其中129篇次被三大索引(SCI-33、EI-88和ISTP-8)收录,他引总共369次。出版专着《空间机构学》(1991年)和《并联机器人机构学理论及控制》(1997年),后者被审定为“全国高技术重点图书”。今年他的专着《高等空间机构学》又被教育部审定为全国研究生指定教材,已于2006年6月出版。
他的研究成果已获国家教育部科自然科学1等奖2项,河北省科技进步1等奖2项等科技奖励共计16项。目前,作为课题主要负责人主持国家自然科学基金等项目2项及河北省高层次特别优秀人才支持计划。
黄真教授治学严谨、知识渊博、诲人不倦,直到现在的近70岁的高龄仍旧奋战在科学研究的第一线。黄真教授在工作中他多次受到党和政府的表彰,多次被评为省管优秀专家。并多次获秦皇岛市劳动模范、河北省劳动模范和原机械工业部劳动模范等光荣称号。
六自由度机器人误差补偿器

相关理论
螺旋理论
4并联机构的出现可以回溯至20世纪30年代。
1931年,Gwinnett在其专利中提出了一种基于球面并联机构的娱乐装置(图1);1940年,Pollard在其专利中提出了一种空间工业并联机构,用于汽车的喷漆(图2);之后,Gough在1962年发明了一种基于并联机构的六自由度轮胎检测装置(图3);三年后,Stewart首次对Gough发明的这种机构进行了机构学意义上的研究,并将其推广应用为飞行模拟器的运动产生装置,这种机构也是目前应用最广的并联机构,被称为Gough-Stewart机构或Stewart机构
应用方面:
(1)运动模拟器
波音737-400飞行模拟器 CAE 飞行模拟器

(2)并联机床
(3)微操作机器人
(4)力传感器
其他:军事领域中的潜艇、坦克驾驶运动模拟器,下一代战斗机的矢量喷管、潜艇及空间飞行器的对接装置、姿态控制器等;生物医学工程中的细胞操作机器人、可实现细胞的注射和分割;微外科手术机器人;大型射电天文望远镜的姿态调整装置;混联装备等,如SMT公司的Tricept混联机械手模块是基于并联机构单元的模块化设计的成功典范。
5并联机构编辑提出、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年澳大利亚着名机构学教授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,而并联式却容易实现。
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其运动形式不同是其最显着的特点,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杆机构作这驱动机构的6自由度并联机构等。

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