并聯(lián)機器人的應用理論、分類和特點

并聯(lián)機器人，英文名為Parallel Mechanism，簡稱PM，可以定義為動平臺和定平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接，機構(gòu)具有兩個或兩個以上自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動的一種閉環(huán)機構(gòu)。

高速并聯(lián)機器人的研究最早追溯到 Clavel 博士于 1985 年發(fā)明的 Delta 機械手。該機器人主動臂由外轉(zhuǎn)動副驅(qū)動，從動臂為平行四邊形結(jié)構(gòu)，末端執(zhí)行器可在工作空間內(nèi)實現(xiàn) 3 維高速平動。

研究理論：螺旋理論

螺旋理論是空間機構(gòu)學研究中一種非常重要的數(shù)學工具，尤其是近20年來在少自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)構(gòu)型綜合方面發(fā)揮了至關重要的作用。

燕山大學的黃真教授是我國研究與應用螺旋理論最早的學者，在他的專著中詳細系統(tǒng)地介紹了螺旋理論及其在機構(gòu)學中的應用，從而大大地促進了螺旋理論在機構(gòu)學特別是并聯(lián)機器人機構(gòu)學的發(fā)展。而北京交通大學的方躍法教授創(chuàng)造性的利用螺旋理論解決了少自由度并聯(lián)機器人構(gòu)型綜合解析分析的難題，加速了螺旋理論應用的普及。

在21世紀初的這二十年，隨著并聯(lián)機器人機構(gòu)學研究的熱潮，螺旋理論受到眾多機器人學家的青睞。國際上幾乎三分之一以上研究并聯(lián)機器人機構(gòu)學的文章采用了螺旋理論的方法，可以說螺旋理論已經(jīng)成為了機器人機構(gòu)學研究的重要工具。

并聯(lián)機器人特點

并聯(lián)機器人的特點呈現(xiàn)為無累積誤差，精度較高；驅(qū)動裝置可置于定平臺上或接近定平臺的位置，這樣運動部分重量輕、速度高、動態(tài)響應好。詳細表現(xiàn)如下：

（1）無累積誤差，精度較高；

（2）驅(qū)動裝置可置于定平臺上或接近定平臺的位置，這樣運動部分重量輕，速度高，動態(tài)響應好；

（3）結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高，承載能力大；

（4）完全對稱的并聯(lián)機構(gòu)具有較好的各向同性；

（5）工作空間較?。?/p>

根據(jù)這些特點，并聯(lián)機器人在需要高剛度、高精度或者大載荷而無須很大工作空間的領域內(nèi)得到了廣泛應用。

并聯(lián)機器人分類

從運動形式來看，并聯(lián)機構(gòu)可分為平面機構(gòu)和空間機構(gòu)；細分可分為平面移動機構(gòu)、平面移動轉(zhuǎn)動機構(gòu)、空間純移動機構(gòu)、空間純轉(zhuǎn)動機構(gòu)和空間混合運動機構(gòu)。

按并聯(lián)機構(gòu)的自由度數(shù)可分為2自由度并聯(lián)機構(gòu)、3自由度并聯(lián)機構(gòu)、4自由度并聯(lián)機構(gòu)、5自由度并聯(lián)機構(gòu)、6自由度并聯(lián)機構(gòu)。

其中6自由度并聯(lián)機構(gòu)是并聯(lián)機器人機構(gòu)中的一大類，是國內(nèi)外學者研究得最多的并聯(lián)機構(gòu)，廣泛應用在飛行模擬器、6維力與力矩傳感器和并聯(lián)機床等領域。但這類機構(gòu)有很多關鍵性技術沒有或沒有完全得到解決，比如其運動學正解、動力學模型的建立以及并聯(lián)機床的精度標定等。從完全并聯(lián)的角度出發(fā)，這類機構(gòu)必須具有6個運動鏈。但現(xiàn)有的并聯(lián)機構(gòu)中，也有擁有3個運動鏈的6自由度并聯(lián)機構(gòu)，如3-PRPS和3-URS等機構(gòu)，還有在3個分支的每個分支上附加1個5桿機構(gòu)作這驅(qū)動機構(gòu)的6自由度并聯(lián)機構(gòu)等。

審核編輯 黃昊宇