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并联机器人

时间:2016-01-01 16:23来源:www.eadianqi.com 编辑:自动控制网
并联机器人又称并联机构(PM, Parallel Mechanism), 一般结构如图1所示。 并联机器人可以定义为动平台和定平台两种形式, 二者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。 这种机器人有以下几个特
  并联机器人又称并联机构(PM, Parallel Mechanism), 一般结构如图1所示。 并联机器人可以定义为动平台和定平台两种形式,  二者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。
这种机器人有以下几个特点: 
  (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。
因为这些特点, 并联机器人在需要高刚度、 高精度或者大载荷而无需很大工作空间的领域内得到了广泛应用, 主要应用于以下几个方面: 
  (1) 运动模拟器。  并联机器人用作运动模拟器如图2所示。
    
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          图1  并联机器人结构                                                                图2  并联机器人
    (2) 并联机床
  并联机床具有承载能力强、响应速度快、精度高、机械结构简单、适应性好等优点,是一种“硬件” 简单、“软件”复杂、 技术附加值高的产品。 并联机床如图3所示。
             图3  并联机床
       (3) 微操作机器人。
       微操作机器人如图4所示,  经常用于安装印刷电路板上的电子元件。 本文来自www.eadianqi.com

                       图 4  微操作机器人并联机器人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 自由度并联机构种类较多, 形式较复杂,一般有以下几个形式: 平面3自由度并联机构, 如3-RPR 机构,它们具有2个转动和1个移动; 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的运动形式不同是其最显著的特点, 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)。

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     (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杆机构作驱动机构的6自由度并联机构等。
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