混合驱动柔索并联机器人的设计与分析

并联机器人的研究现状与展望

并联机器人的研究现状与展望 刘阳,冯宝富,蔡光起 (东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110004) 摘要:本文对并联机器人进行系统地分类,介绍了并联机器人运动学分析、动力学、奇异结构分析的方法及研究现状,最后,提出了为适应机械工业的发展,根据敏捷制造提出的策略,展望了其发展趋势)))模块化设计。 关键词:并联机器人;奇异结构;模块化设计 中图分类号:TP24212文献标识码:A文章编号:1001-3881(2004)3-007-3 State and Future Trend of Parallel Manipulator LI U Yang,FENG Bao-fu,CAI Guang-qi (School of Mechanical Engineering&Automation,Northeastern University,Shenyang110004,China) Abstract:Parallel manipulators were categorized systematically.The analysis method of positi on kinetics,dynamics and singular con-fi guration in parallel manipulators were described.Finally,in order to adap t to machine industry development and agility manufacture,the develop ment trend of parallel manip ulators,modular design,was presented. Keywords:Parallel manipulators;Singular configuration;Modular desi gn 在1965年,由Ste wart提出并联机构,原是作为飞行模拟器用于训练飞行员的[1]。后来由澳大利亚著名机构学教授Hunt在1978年提出,可将Ste wart平台机构应用到并联机器人机构中[2]。从此,并联机器人的研制与开发工作开始了。经过数十年的探索,并联机器人的研究已从基础理论工作逐渐地过渡到实践应用中。并联机器人在机械工业、航空业以及矿山开采的应用十分广泛。 并联机器人凭借其结构刚性好、承载能力强、累积误差小、部件简单等优势,逐渐在国内外机床行业占领市场,并将成为21世纪高速轻型数控加工的主力装备。 1并联机器人分类 自1993年,第一台并联机器人在美国德州自动化与机器人研究所诞生以来,并联机器人无论在结构和外型都得到了充分的发展,但就其类别可分为以下几类: (1)按自由度的数目分类,并联机器人可做F自由度(DOF)操作,则称其为F自由度并联机器人。例如:一并联机器人有6个自由度,称其为6-D OF 并联机器人。冗余并联机器人,即其自由度大于6的并联机构。欠秩并联机器人,即机构的自由度小于其阶的并联机构。 (2)按并联机构的输入形式分类,可将并联机器人分为:线性驱动输入并联机器人和旋转驱动输入并联机器人。研究较多的是线性驱动输入的并联机器人,这种类型的机器人位置逆解非常简单,且具有唯一性。旋转驱动输入型并联机器人与线性驱动输入并联机器人相比,具有结构更紧凑、惯量更小、承载能力相对更强等优点;但它的旋转输入运动形式决定了位置逆解的多解性和复杂性。 (3)按支柱的长度变化分类,可将并联机器人分为:一种为采用可变化的支柱进行支撑上下平台的并联机器人。例如:这种六杆的并联机器人称为Hexa-pod,运动平台和基座由6个长度可变化的支柱连接的,每个支柱的两端分别由铰链连接在运动平台上和基座上,通过调节支柱的长度来改变运动平台的位姿。另一种为采用固定长度的支柱进行支撑上、下平台的并联机器人。例如:这种六杆的并联机器人称为Hexaglide,运动平台和基座是由6个长度固定的支柱连接的,每个支柱一端由铰链连接在运动平台上,另一端通过铰链连接在基座上,该端铰链可沿着基座上固定的滑道上进行移动,由此,来改变运动平台的位姿。 2并联机器人的运动学分析 在并联机器人的运动学分析包括两方面:已知活动平台位姿、速度,求解各驱动副的长度或转角、速度,称为逆解;已知各驱动副的长度或转角、速度,求解各驱动副的长度或转角、速度。最为普遍的研究方法有两种:数值解法、封闭解法。 数值解法是指求解一组非线性方程,非线性方程是矢量环方程经过一些具体结构的代数处理后,直接导出的,从而求得与输入位移对应的动平台的位置和姿态,数值解法的优点是其数学模型比较简单,并且省去了烦琐的数学推导。但这种方法的计算速度比较慢,不能求得机构的所有位置解,并且最终的结果与初值的选取有直接的关系。但这种方法可求解任何并联机构,建立数学模型相对容易,可以立即进行位置 1基金项目:国家863项目资助(863-512-30-07)

并联柔索驱动的大空间多功能3D打印机器人的制作方法

本技术公开了一种并联柔索驱动的大空间多功能3D打印机器人，包括柔索稳定机构、柔索牵引机构、多功能3D打印执行器、抓手驱动装置，由柔索稳定机构和柔索牵引机构配合实现多功能3D打印执行器的动作，并由抓手驱动装置驱动多功能3D打印执行器中抓手的动作。本技术实现了3D打印的大空间运动，且实现了3D打印实体与搬运重物的双重功能。 技术要求 1.并联柔索驱动的大空间多功能3D打印机器人，其特征在于：包括柔索稳定机构、柔索牵引机构、多功能3D打印执行器、抓手驱动装置，其中： 柔索稳定机构包括三个竖直的立式支架，三个立式支架在空间上按三角形分布，每个立式支架下端分别通过下角件固定在地面上，每个下角件上分别通过导向滑轮基座转动安装有一对导向滑轮组，每个立式支架上端分别连接有上角件，上角件内侧分别设有伺服电机，每个立式支架上还分别竖直滑动安装有滑块，每个伺服电机分别通过滑块传动机构驱动对应立式支架上的滑块升降，每个滑块连接有两股稳定柔索，每个滑块上两股稳定柔索一一对应向下绕过对应导向滑轮基座上的一对导向滑轮组后再倾斜向上伸向三个立式支架围成的空间中；

柔索牵引机构包括三个水平的上支撑架，三个上支撑架分别连接在柔索稳定机构中相邻两个上角件之间，由三个上支撑架和上角件围成三角形，每个上支撑架上分别转动安装有由伺服驱动电机驱动的卷筒，卷筒上分别缠绕有牵引柔索，三个牵引柔索分别倾斜向下延伸并伸向柔索稳定机构中三个立式支架围成的空间中； 多功能3D打印执行器包括壳体，壳体为上下通透的管形结构，壳体设置在柔索稳定机构三个立式支架围成的空间中，壳体下端边沿设有三个下吊耳，三个下吊耳呈环向均匀分布，柔索牵引机构中三个牵引柔索分别倾斜向下延伸并一一对应连接在壳体的下吊耳上，壳体上端管口中心设有喷头连接件，喷头连接件通过三个辐条对与壳体上端管口边沿连接，每个辐条对分别由两个辐条构成，每个辐条的外端分别设有上吊耳，柔索稳定机构中每个滑块上两股稳定柔索向下绕过导向滑轮组后再倾斜向上一一对应连接在每个辐条对中的两上吊耳上，壳体下端管口中心设有3D打印喷头，3D打印喷头通过喷头连接件引入外部材料轮输送的材料线，壳体上端外壁对应每个辐条对位置还分别设有抓手座，三个抓手座呈环向均匀分布，每个抓手座顶部分别转动安装有导向定滑轮，每个抓手座底部分别转动安装有抓手，每个抓手分别竖直向下后再倾斜向下伸向壳体下端管口下方，每个抓手的竖直段外侧分别通过吊耳连接有弹簧，每个弹簧上端分别竖直向上固定在对应的抓手座上，每个抓手的倾斜段内侧还分别设有吊耳； 抓手驱动装置包括三个分别转动安装在地面上的卷筒及驱动卷筒转动的伺服电机，每个卷筒上分别缠绕有夹紧柔索，三个夹紧柔索分别倾斜向上一一对应绕过多功能3D打印执行器中的导向定滑轮后，再倾斜向下穿过壳体后一一对应连接在抓手倾斜段内侧的吊耳上。 2.根据权利要求1所述的并联柔索驱动的大空间多功能3D打印机器人，其特征在于：柔索稳定机构中，滑块传动机构包括竖直安装在立式支架上的同步带，所述伺服电机通过同步带轮与同步带传动连接，滑块与同步带的带面固定连接，由伺服电机通过同步带轮、同步带带动滑块在竖直方向升降。 3.根据权利要求1所述的并联柔索驱动的大空间多功能3D打印机器人，其特征在于：每个牵引柔索中分别接入有拉力传感器。

并联机器人技术方案

并联机器人方案 一、并联机器人用途： 并联机器人作为一种新型的机器人形式得到了越来越多的应用，与串联机器人相比该型机器人具有结构简单、刚度大、承载能力强、误差小等特点，与串联机器人形成了良好的互补关系。可用于六自由度数控加工中心、航天器对接机构、汽车装配线、运动模拟器、岩土挖掘、光学调整、医疗机械等领域。 二、系统特点： 1、机构采用并联式结构，按工业标准要求设计，结构简单、速度快； 2、控制系统采用Windows系列操作系统，二次开发方便、快捷，适于教学实验； 3、提供教材、实验指导书等，内容涵盖机器人运动学、动力学、控制系统的设计、机器人轨迹规划等。 三、系统配置： 1、机器人本体、控制柜、电机控制卡、控制软件、理论教材及实验指导书。附属件配置有钻铣刀头、电主轴、绘图笔架、加工平台、手动夹具，另赠送一套加工所需原材料。 2、并联机器人加工装置（用电主轴本体、夹持器及钻铣刀）。 3、绘图装置（绘图笔架及绘图笔）。 4、并联机器人加工平台及工件夹持装置。 5、部分加工演示原材料（石蜡、尼龙等）。

1.并联机器人系统照片 2.并联机器人技术参数： 3.机器人型号：RBT-6T01P(全步进电机驱动) 机器人报价：175000.00元机器人型号：RBT-6S01P(全伺服电机驱动) 机器人报价：195000.00元

1.并联机器人系统照片 2.并联机器人技术参数： 3.机器人型号：RBT-6T02P(全步进电机驱动) 机器人报价：155000.00元机器人型号：RBT-6S02P(全伺服电机驱动) 机器人报价：175000.00元

六自由度桌面型并联机器人 1.并联机器人系统图片 2.并联机器人技术参数 3.机器人型号：RBT-6T03P(全步进电机驱动) 机器人报价：135000.00元机器人型号：RBT-6S03P(全伺服电机驱动) 机器人报价：155000.00元

精密并联机器人控制算法及控制系统研究概要

第４０卷第４期２００４年４月 机械工程学报 Ｖ０１．４０Ｎｏ．４ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬ０Ｆ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ａｐｒ． ２００４ 精密并联机器人控制算法及控制系统研究木 张秀峰孙立宁 （哈尔滨工业大学机器人研究所哈尔滨 １５０００１） 摘要：首次把数字ＰＩＤ算法应用到面向光纤作业的精密并联机器人控制中，介绍了这种高速、高精度小型并联机构控制系统的新控制算法及系统研究情况。另外控制系统采用了ＤＳＰ新技术，解决了并联机构运动学逆解的实时在线计算问题，使系统运行更加稳定。试验结果表明这种新算法在小型精密并联机构控制系统中，完全可以满足光纤对接等作业的高技术要求，同时也为同类高精度、大行程小型定位系统的控制与设计提供了一种新的实用方 法。 关键词：并联机构运动学逆解ＰＩＤ控制算法中图分类号：ＴＰ２４ ０前言

在高速、高精度、大行程小型并联机器人控制领域，所知文献介绍的实用控制算法还未见到。在实际工程控制中ＰＩＤ控制算法不需要系统确切的数学模型，参数易调整，且具有很强的灵活性、适应性，其中数字ＰＩＤ控制算法在计算机上易修正，比模拟ＰＩＤ控制器性能更加完善。首次将数字ＰＩＤ控制算法引进到高精度并联机构的控制中，并借助高速数字信号处理器ＤＳＰ解决了逆解的在线计算问 题，试验结果表明可以满足高速、高精度等技术要 求。另外还介绍了系统的组成、性能、技术指标及一些关键参数的调整方法和经验公式，为小型精密定位系统的设计与控制提供了有价值的借鉴。１ ＰＩＤ控制算法 １．１模拟ＰＩＤ控制器 所谓ＰＩＤ控制器是指把偏差按比例、积分和微分进行的控制器，其中模拟ＰＩＤ控制器是用硬件来 实现的。设ｌ，为系统给定，Ｙ为系统输出，萨砷 为系统偏差，ｕ为系统控制规律…¨，则 “＝Ｋ，［Ｐ＋寺Ｊ：：酣ｒ＋％詈］＋“。 式中 Ｋ，——比例系数正——积分常数毛——微分常数 ＝三——偏差微分 ｄｆ 在控制过程中系统有偏差产生，调节器产生控制作用使偏差不断减小，这种控制作用的强弱取决

并联机器人构型方法 (1)

机器人机构设计中最重要的步骤之一是解决机构型综合的问题,机器人机构构型方法的研究具有十分重要的理论和实际意义,尤其是并联机器人的型综合方法一直以来都受到国内外许多研究学者的关注。在并联机器人机构的构型理论研究中,基于机构末端运动特征描述与机构需要完成的功能的简单有效的构型方法还缺乏系统的研究。 并联机器人机构构型方法研究 8 多自由度机构，其构型综合是一个非常具有挑战性的难题。目前国内外主要有 5 种并联机构的型综合研 究方法，即：基于机构的结构公式的构型方法、基于螺旋理论的综合方法、基于群论和微分几何的综合 方法、基于单开链的型综合方法以及基于集合的综合方法。 1-3-1 基于机构的结构公式的构型方法 基于机构的结构公式（即自由度计算公式）的构型方法是比较传统的一种并联机构的型综合方法。 Tsai [84] 在1999 年用基于计算自由度的Grübler-Kutzbach 公式的列举法综合了一类三自由度并联机构。 基于并联机构自由度计算的一般Grübler-Kutzbach 公式为 ( ) 1 1 = = ??+ ∑ g i i M d n g f (1.1) 式中M 为机构的自由度数； d 为机构的阶； n 为机构的杆件数(包括机架)； g 为运动副数； i f 为第i 个运动副的自由度数。 当给定机构的自由度数M 后，根据(1.1)寻求机构的每个分支运动链的运动副数。并联机构属于空 间多环机构，其独立环路数l 可以由下式给出 l = g ?n +1 (1.2) 该式即为著名的欧拉环路公式。将上式带入(1.1)中，可得到 =1 ∑= + g i i

f M d l (1.3) 定义并联机构中第j 个分支总的自由度数为 j C ，则有下式成立 =1 =1 ∑=∑ mg j i j i C f (1.4) 将(1.4)代入(1.3)消去 i f 后得到 ∑= + m j j C M d l (1.5) 对于分支运动链结构相同，且分支数等于机构自由度数的对称并联机构，又有以下条件成立m = M且l = M ?1 (1.6) 把(1.6)代入(1.5)消去l 后得到 = ?+1 j d C d M (1.7) 由上式在已知d 和M 时，可以得到分支运动链的自由度数 j C ，从而给出分支运动链。例如，d =3， M =3时，由式(1.7)可得 j C =3，分支运动链可以是RRR、RPR、PRR 等。并联机器人机构构型方法研究 1 0 寻找可以生成{ } gi L 的分支运动链，此时可利用位移子群乘法运算的封闭性获得不同结构的分支。 Hervé和Angeles 等较早将李群理论引入并联机构型综合。1978 年，Hervé [113] 基于位移群的代数结 构对运动链进行了分类，证明了所有六种低副所生成的运动都是位移子群，还给出了另外六种位移子群 以及子群间交集的运算法则，奠定了位移子群以及子群间交集的运算法则和位移子群综合法的理论基

(完整版)并联机器人发展现状与展望

并联机器人发展现状与展望 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。 1并联机构的发展概况 （一）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。 （二）并联机构的分类 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：

并联机器人原文

Virtual Prototyping of a Parallel Robot actuated by Servo-Pneumatic Drives using ADAMS/Controls Walter Kuhlbusch, Dr. Rüdiger Neumann, Festo AG & Co., Germany Summary Advanced pneumatic drives for servo-pneumatic positioning allow for new generations of handlings and robots. Especially parallel robots actuated by servo-pneumatic drives allow the realization of very fast pick and place tasks in 3-D space. The design of those machines requires a virtual prototyping method called the mechatronic design [ 1]. The most suitable software tools are ADAMS for mechanics and Matlab/Simulink for drives and controllers. To analyze the overall behavior the co-simulation using ADAMS/Controls is applied. The combination of these powerful simulation tools guarantees a fast and effective design of new machines. 1. Introduction Festo is a supplier for pneumatic components and controls in industrial utilization of pneumatic drives is wide spread in industry when working in open loop control. It’s limited however, when it com es to multipoint movement or path control. The development has been driven to servo-pneumatic drives that include closed loop control. Festo servo-pneumatic axes are quite accurate, thus they can be employed as drives for sophisticated tasks in robotics. The special advantage of these drives is the low initial cost in comparison to electrical and hydraulic drive systems. Servo-pneumatic driven parallel robots are new systems with high potentials in applications. The dynamical performance meets the increasing requirements to reduce the cycle times. One goal is the creation and optimization of pneumatic driven multi-axes robots. This allows us to support our customers, and of course to create new standard handlings and robots (Fig. 1). The complexity of parallel robots requires the use of virtual prototyping methods. Fig. 1. Prototypes of servo-pneumatic driven multi-axes machines Preferred applications are fast multipoint positioning tasks in 3-D space. Free programmable stops allow a flexible employment of the machine. The point to point (ptp) accuracy is about 0.5 mm. The continuous path control guarantees collision

柔索牵引并联机器人的简介和发展概况

第一章绪论 1.1 论文的研究背景及意义 随着科学技术的发展以及人们对视频画面质量的要求不断提高，在进行电视转播时，经常需要摄影设备对空中全景进行拍摄，借助于摇臂摄像机、曲臂升降车和直升机航拍设备来完成上述任务是比较成熟的手段，但由于工作区域及拍摄角度等各种条件的限制，这些拍摄设备都不能很好的完成空中拍摄任务。近年来，柔索牵引摄像机机器人的出现为上述问题提供了一个非常完美的解决方法。柔索牵引摄像机器人在广场，大型演播室等三维空间内可达到无盲点旋动、悬停飞行等效果，从而为观众提供一场非同一般的视觉盛宴。 早在1983年就有学者提出柔索牵引摄像机器人的设计思想，不过受限于多根柔索间的协调运动控制和平台振动等方面的技术难题，柔索牵引摄像机器人的拍摄效果一直无法达到理想的要求，经过研究人员和相关领域学者的不断摸索和努力，直到最近几年这种摄像机器人才得到了广泛的使用[1-2]。即使到现在，也很少见到关于摄像机器人机动性指标的最大速度、最大加速度、上升时间、运动变向响应时间等，以及关于稳定性指标的最大振幅、振动频率、调整时间等的深入研究报道，而仅仅是停留在最大运行速度为9m/s的运动性能的定量认识上[3-4]，而这种运行速度相对于在两条平行空中索道上滑行的二维索道摄像机人的最大速度36m/s而言还是非常小的，基于此，如果能够更好的协调摄像机器人牵引索间的运动控制，提高驱动电机的转动精度以及减小其响应时间，柔索牵引摄像机器人的最大速度也还有提高的潜力。 目前该种柔牵引机构搭载摄像机系统有着广泛的使用前景，由于其自身的运动特性所带来的特殊视角能给观众带来前所未有的视觉体验，所以包括北京奥运会、南非世界杯、广州亚运会以及央视春晚等大型赛事的实况转播和综艺广播电视节目的录制都采用了该种产品类型的设备。但是国内还未掌握其核心技术，一些大型运动会及综艺转播节目的主办方若需要用到此技术。除了租用了国外的设备包括专业人员外并无他法，但是其价格高昂，不但增加了运营成本，而且在沟通协调方面也有诸多不便。所以我国自己的柔索牵引摄像机器人的早日出现将为央视、地方电视台以及影视设备公司等带来前所未有的惊喜。

并联机器人设计论文设计

并联机器人设计论文 摘要：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。文中从运动副分析入手，对一种运动解耦的三自由度并联机构进行了构型研究，该机构由三个正交分布的支链组成，且机构的运动副均为转动副，构成了机构动平台x、y、z三个方向的平动解耦；在机构构型研究的基础上，对其进行了运动学分析，推导出了该并联机构的运动学正反解，分析了机构输入/输出的速度和加速度等，验证了该机构运动解耦的特性。这对该机构的动力学分析、控制策略、机构设计和轨迹规划等方面的研究，具有一定的理论意义。 关键词：三自由度并联机构；并联机器人；设计；

1.课题国外现状及研究的主要成果 少自由度并联机器人由于其驱动元件少、造价低、结构紧凑而有较高的实用价值，更具有较好的应用前景，因此少自由度的并联机器人的设计理论的研究和应用领域的拓展成为并联机器人的研究热点之一。研究少自由度并联机构最早的学者应属澳大利亚著名机构学教授Hunt ,在1983年,他就列举了平面并联机构、空间三自由度3-rps并联机构，但对四，五自由度并联机构未作详细阐述。在Hunt之后,不断有学者提出新的少自由度并联机构机型。在少自由度并联机构机型的研究中,三维平移并联机构得到广泛的重视。clavel提出了一种可实现纯平运动三自由度Delta 并联机器人,在Delta机构的支链中采用平行四边形机构约束动平台的3个转动自由度。Tsai提出的Delta机构完全采用回转副，并通过转轴的偏移扩大了Delta机构的工作空间。在Tricept并联机床上采用的构型是由Neumann发明的一种具有3个可控位置自由度的并联机构，该机构的突出特点是带有导向装置,采用3个副驱动支链并由导向装置约束动平台。Tsai通过自由度分析提取支链的运动学特征,系统研究了并联机构的综合问题,特别研究了一类实现三自由度平动的并联机构。Rasim Alizade于2004年提出基于平台类型和联接平台的形式和类型进行分类的一种并联机构的结构综合和分类的新方法和公式,并综合出具有单平台和多平台的纯并联和串并联复联机构.我国燕山大学的黄真教授及其团队除了研制出解耦微型6维力传感器和微动机械，设计出一种新的

三自由度并联机械手的设计

学号： 密级： 武汉东湖学院本科生毕业论文(设计) 三自由度并联机械手的设计 院(系)名称：机电工程学院 专业名称：机械设计制造及其自动化 学生姓名： 指导教师: 二〇一六年五月六日

郑重声明 我郑重声明：本人恪守学术道德，崇尚严谨学风，所呈交的学术论文是本人在老师的指导下，独立进行研究工作所取得的结果。除文中明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何他人已经发表和撰写过得内容。论文为本人亲自撰写，并对所写内容负责。 本人签名： 日期：2016年5月7号

摘要 随着机器人技术的快速发展，并联机械手的应用领域越来越广，已成为当今机器人领域新的研究热点。针对并联机械手机构比传统串联机械手更复杂的问题，本文以一种轻型高速的三自由度Delta 并联机械手为例，在完成其运动学的基础上，对并联机械手进行了建模以及装配。 首先，本文介绍了三自由度并联机械手机构的工作原理，并对其进行了运动学分析。其中，对机构的自由度进行的计算，采用几何法求得了其运动学正解以及其运动学逆解。其次，对机构进行了速度模型及雅克比矩阵的分析。实现了solidworks对机构的零部件与装配图三维建模。最后，通过个零部件的配合，实现了三自由度并联机械手的装配。 关键词：并联机械手；三自由度；3D建模

ABSTRACT With the rapid development of robot technology, parallel manipulator used more and more widely, has become the hot spot in the field of new robots today. In view of the parallel manipulator mechanism more complex than the traditional serial manipulator problem, based on a lightweight high-speed three degree of freedom parallel manipulator as an example, the Delta at the completion of its kinematics, on the basis of the parallel manipulator has carried on the modeling and assembly. First, this paper introduces the working principle of three degrees of freedom parallel manipulator mechanism, and carries on the kinematics analysis. Among them, the institution of degree of freedom for the calculation of geometric method is used to obtain the positive kinematics solution and its inverse kinematics solution. Second, the institutions for the velocity model and the Jacobi matrix analysis. Implements the solidworks for spare parts and assembly drawing 3 d modeling of the organization. Finally, by a spare parts, implements the three degree of freedom parallel manipulator assembly. Keywords: Parallel manipulator；Three degrees of freedom；3D modeling

柔索驱动并联机构

柔索并联驱动机构：运动接口的应用 在过去的十年里,柔索驱动并联机构已经在一些领域得到应用。这篇摘要提出了一种新型的应用,即使用两个六自由度柔索驱动并联机构共享一个公共的工作区间来获得运动接口设计的力学基础。这种方法用来发展机制的建模，并描述了两个用于几何优化的主要准则。这些准则是基于扳手关闭工作区间和运动接口所有实体间的干扰检测之上的（电缆和运动主体）。然后给出其最终设计及其演示过程。最后，为了校核运动接口设计的机械相关性，需要计算电缆拉力看其最大值是否符合典型人类步态轨迹。 关键词:柔索驱动并联机构,优化设计,运动接口 1.简介 柔索并联驱动机构可以克服传统机构的一些缺点。与传统机构相比,它们可以产生很大的加速度和工作区间。这些优势使其具有广泛的应用前景，因为我们可以用这种几何实现以前不可能完成的演示。因此,很多研究人员已经致力于柔索驱动机器人，并提出了一些评价它们动态工作区间和动态特性的分析途径。而且，柔索并联驱动机构在许多应用背景下得到研究，例如运用电力驱动系统的虚拟运动机器，二维电缆连接触摸界面，用了柔索并联驱动机器人的高速机械手和飞行模拟器。本文将提出运用两个柔索并联驱动机构共用一个工作区间来设计运动界面。 一些概念曾出现在关于步行模拟器设计的著作中。其中的每一个都可以再现人类步态的一些特性。举例来说，最知名的实现全方位行走的设备是全方位跑步机（ODT）,环面跑步机，以及滚珠轴承圆盘平台（OBDP）。然而，这些设计不能复制不平的地形或楼梯。其他概念例如HapticWalker允许更大步行幅度范围的仿真。该设备能够执行大部分的步行轨迹，然而脚仅限在垂直平面上移动。最后，一个已知最新的概念被称为虚拟步行机（VWM）。此机可在各种地形实现人体步态，并指出一个优势即在仿真的过程中用户可以随时改变方向。 同样，本文提出设计的目的在于通过用柔索并联驱动机构取代传统并联驱动机构来改善虚拟步行机（VWM）的性能。事实上，一个柔索并联驱动机器人的运动部件比传统并联机器人的轻，从而产生更大的加速度以更准确地再现自然行走过程中大多数不平地形，楼梯，沙地等的感觉。而且柔索驱动机制具有比传统机制大得多的工作区间。因此，理论上可以设计一个具有较大工作区间的运动界面。然而，有线机构也存在自己的局限性，最主要的一点就是电缆的单向性，导致n自由度需要n+1根电缆与之相配。而且电缆与电缆之间、电缆与工作区间的其他对象之间可能相互产生干扰。如果机制刚度没达到要求末端执行器甚至会产生振动。 本文的目的在于建立有两个完全相同的柔索并联驱动机构的运动界面。为此，提出一种方法优化将要使用到的建模。首先，要求每个平台精确再现人类步态轨迹的的规范必须介绍清楚。其次，为了确定一个合适的几何形状，提出了运用连续算法和遗传算法作为循环过程的解决途径。每个算法包含两个主要准则。例如，基于扳手闭合工作区间和运动接口所有实体（电缆和运动主体）间机械干扰探测的校核。最后，得到最佳几何形状并评价其性能。同时由人类步态轨迹计算出电缆以确保机制的使用性。 2.工作区间要求 每个平台必须由电缆驱动并且有六个自由度，用以完成规定笛卡尔工作区间内的各种运

并联机器人发展概述

并联机器人发展概述 随着先进制造技术的发展，并联机器人已从简单的上下料装置发展成数字化制造中的重要单元。在查阅了大量国内外相关文献的基础上，介绍了并联机器人的特点、分类、应用，从运动学、动力学、控制策略三方面总结了近年来并联机器人的主要研究成果，并指出面临的问题。 1895年，数学家Cauchy研究一种“用关节连接的八面体”，开始人类历史上并联机器的研究。1938年Pollard提出采用并联机构来给汽车喷漆。1949年Caough提出用一种并联机构的机器检测轮胎，这是真正得到运用的并联机构。而并联结构的提出和应用研究则开始于70年代。1965年，德国人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年澳大利亚人Hunttichu把六自由度的Stewart平台机构作为机器人机构，自此，并联机器人技术得到了广泛推广。 自工业机器人问世以来，采用串联机构的机器人占主导位置。串联机器人具有结构简单、操作空间大，因而获得广泛应用。由于串联机器人自身的限制，研究人员逐渐把研究方向转向并联机器人。和串联机器人相比并联结构其末端件上同时由6根杆支撑，与串联的悬臂梁相比刚度大，结构稳定。由于刚度大，并联结构较串联结构在相同的自重或体积下，有高的多的承载能力大。串联机构末端件上的误差是各个关节误差的积累和放大，因而误差大、精度低，并联式则没有那样的误差积累和放大关系，微动精度高。串联机器人的驱动电机及传动系统大都放在运动着的大小臂上，增加了系统的惯量，恶化了动力性能，而并联机器人将电机置于机座上，减小了运动负荷。在位置求解上，串联机构正解容易，但反解困难。而并联机构正解困难，反解非常容易，而机器人在线实时计算是要计算反解的。 根据并联机器人的自由度数，可以分为：2自由度并联机构。2自由度并联机构，如5-R，3-R-2-P（R表示旋转，P表示平移）。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个平移自由度。3自由度并联机构。3自由度并联机构种类较多，形式复杂，一般有以下形式，平面3自由度并联机构，如3-RRP机构、3-RPR机构、它们具有2个旋转自由度和1个平移自由度；3维纯平移机构，如Star Like并联机构、Tsai 并联机构，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维平移空间机构；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，在工作空间不同的点，其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的广泛应用；4自由度并联机构。4自由度并联机构大多不是完全的并联机构，如2-UPS-1-RRRR机构，运动平台通过3个支链与顶平台相连，有2个运动链是相同的，各具有一个虎克铰U，1个平移副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。5自由度并联机构。现有的5自由度并联机构结构复杂，如韩国的Lee的5自由度并联机构具有双层结构。6自由度并联机构。该类并联机器人是国内外学者研究的最多的并联机构，一般情况下，该类机构具有6个运动链。随着6自由度并联机构研

基于https://www.wendangku.net/doc/5b17144311.html,b的柔性并联机器人仿真平台

第２５卷第４期计算机仿真２００８年４月文章编号：１００６—９３４８（２００８）０４—０１６４—０５ 基于Ｖｉｒｔｕａｌ．１ａｂ的柔性并联机器人仿真亚厶 卞口 苏祥，余跃庆，杜兆才，杨建新 （北京工业大学机电学院，北京１０００２２） 摘要：为了实现柔性并联机器人的快速可视化建模，提供柔性并联机器人动力学分析的新途径，针对柔性并联机器人系统内刚体、柔体耦合的难点，利用Ｖｉｒｔｕａｌ．１ａｂ软件对ＶＢＡ的支持及其处理机械系统弹性动力学问题的优势，结合数据库技术、参数化建模原理和柔性并联机器人动力学仿真的特点，对Ｖｉｒｔｕａｌ．１ａｂ软件进行二次开发，建立柔性并联机器人动力学仿真平台，可实现柔性并联机器人动力学特性的分析。该平台操作简单，建模效率高，计算速度快，便于机械工程师在机械设计中 使用。为柔惟并联机器人结构优化设计及运动学、动力学规划指标的确定提供科学依据。 关键词：虚拟Ｊ二程试验室；柔性并联机器人；动力学 中图分类号：ＴＰ３９１文献标识码：Ａ ＤｙｎａｍｉｃｓＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＦｌｅｘｉｂｌｅＰａｒａｌｌｅｌＲｏｂｏｔＢａｓｅｄｏｎＶｉｒｔｕａｌ．１ａｂ ＳＵＸｉａｎｇ，ＹＵＹｕｅ—ｑｉｎｇ，ＤＵＺｈａｏ—ｃａｉ，ＹＡＮＧＪｉａｎ—ｘｉｎ （ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆ＡｐｐｌｉｅｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｒｉｎｇ１０００２２，Ｃｈｉｎａ） ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｏａｃｈｉｅｖｅｖｉｓｕａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｆｌｅｘｉｂｌｅｐａｒａｌｌｅｌｒｏｂｏｔｒａｐｉｄｌｙａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｎｅｗｗａｙｓｆｏｒｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆｆｌｅｘｉｂｌｅｐａｒａｌｌｅｌｒｏｂｏｔ，ｉｎｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｆｒｉｇｉｄａｎｄｆｌｅｘｉｂｌｅｃｏｕｐｌｉｎｇｏｆＦｌｅｘｉｂｌｅｐａｒａｌｌｅｌｒｏｂｏｔｓｙｓｔｅｍ，ｕｓｉｎｇ ｔｈｅＶＢＡｆｏｒｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇＬＭＳＶｉｓｕａｌ．１ａｂａｎｄｉｔｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｉｎｄｅａｌｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｉｓｓｕｅｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕ－ｌａｔｉｏｎｏｆｆｌｅｘｉｂｌｅｐａｒａｌｌｅｌｒｏｂｏｔ，ａｎｄｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｄａｔａｂａｓｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄｍｏｄ—ｅｌｉｎｇｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｆｌｅｘｉｂｌｅｐａｒａｌｌｅｌｒｏｂｏｔ，ｔｈｅｐａｐｅｒｔｅｌｌｓｔｈｅｃｏｕｒｆｌｅｏｆｄｅ－ｖｅｌｏｐｉｎｇａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｎｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓｂａｓｅｄｏｎＶｉｒｔｕａｌ．１ａｂｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｄｙｎａｍｉｃｓｏｎｆｌｅｘｉｂｌｅｐａｒａｌｌｅｌ ｒｏｂｏｔ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅａｐｐｒｏａｃｈｉｓｅａｓｙａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｎｔｈｅｆｌｅｘｉｂｌｅｐａｒａｌｌｅｌ ｒｏｂｏｔｓｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｉｓｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｔｏｕｓｅｉｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｅｓｉｇｎｆｏｒｍｅｃｈａｎｉｃａｌｅｎｓｉｎｅｅｒ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍｐｒｏ－ｖｉｄｅｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｏｒｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｏｐｔｉｍｕｍｄｅｓｉｇｎ，ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓａｎｄａｙ，１ａｍｉｃｓｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｏｆｆｌｅｘｉｂｌｅｐａｒａｌｌｅｌｒｏｂｏｔｓ． ＫＥＹＷｏ肋Ｓ：Ｖｉｓｕａｌ．１ａｂ；Ｆｌｅｘｉｂｌｅｐａｒａｌｌｅｌｒｏｂｏｔ；Ｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｌ前言 现代机械高速、精密、轻型化的要求，并联机器人的研究中考虑构件柔性因素的影响具有重要的理论和现实意义‘１，２１。 由于柔性并联机器人的主体结构是企多环机构，分支运动链的杆件均为柔性杆，平台为刚体，柔性并联机器人属于刚柔耦合的复杂系统。开展计算机辅助分析与仿真时沿袭传统的分析方法无法完成高效、高精度建模，鉴于并联机器 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０５７５００２）。北京市自然科学基金资助项目（３０６２００４）。 收稿日期：２００７—０２—０６修回日期：２００７—０４—２６ ?－－——１６４－－———人动力学建模的复杂性以及在考虑柔性时的特殊性，必须提供一个专用的分析平台。 国外已成功开发一批机构动力学分析与设计通用软件，如ＬＭＳＶｉｓｕａｌ．１ａｂ、ＡＤＡＭＳ、ＲｅｅｕｅＤＹＮ、ＳＩＭＰＡＣＫ等，但其对于分析柔性并联机器人动力学特性的特殊要求专用性不强，往往存在缺乏与ＣＡＤ技术的无缝结合及需要ＦＥＡ软件支持。进行跨平台操作等问题，分析过程冗烦。 国内对机构分析与仿真通用软件系统的研究与开发仍相当薄弱，很少涉及动力学，机构的柔性分析领域还存在空白。 由于Ｖｉｒｔｕａｌ．１ａｂ软件将柔体的概念引入到多刚体分析，为并联柔性机器人动力学特性分析可行性。所以本文基于ＬＭＳＶｉｓｕａｌ．１ａｂ对ＶＢＡ（ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃｆｏｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）的支持， 　万方数据万方数据