柔性并联机器人系统的运动规划_

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)

并联机器人仿真运动控制的多线程实现

并联机器人仿真运动控制的多线程实现 Multithreading Realization of Simulation Motion Control of the Parallel Robot （海军工程大学）彭利坤邢继峰肖志权曾晓华 PENG, Likun XING, JifengXiao, Zhiquan Zeng, Xiaohua 摘要：现代运动模拟器对响应快速性、跟踪准确性等仿真运动特性提出了更高要求，使得并联机器人机构的运动控制更为复杂。以某型潜艇操纵模拟器为例，其控制软件采用模块化设计，利用NT环境下多线程技术,结合多媒体定时器、普通定时器,实现软件的洗出滤波、运动学反解、运动信息发送、安全保护等多任务的有机调度。在外控线程中建立网络数据接收、数据处理、液压缸控制信息发送等三个子线程,将它们从外控线程中分离出来,大大提高了数据传输和处理及运动控制的实时性和可靠性。 关键词：并联机器人；多线程；多媒体定时器；运动控制 中图分类号:TP311.1; TP391.9 文献标识码：A 文章编号： Abastract: In order to meet the demand of the emulational kinetic characteristics of modern motion simulator such as fast response and precise tracking, the control system of the parallel robot mechanism becomes more complex. As an example of submarine manipulating simulator, the modularization design and the technologies such as the multimedia timer, common timer and multithreading under NT environment etc. are adopted in the control system programing, which realize the multitask scheduling of washout filter, inverse kinematics solution, sending control data and safeguarding. By separating three sub-threadings, the Ethernet data acquisition, the data processing and the hydraulic cylinder control information sending, from the external control threading, the real time performance and reliability of the data transmitting, processing and motion control can be improved. Key words:parallel robot; multithreading; multimedia timer; motion control 1 引言 飞机、舰船、赛车、列车等运动模拟器系统，是以Stewart平台为原型的并联机器人机构最重要的应用方向，它们一般构成分布式半实物仿真系统。以某型潜艇操纵模拟器为例，整个模拟系统由教练控制台、模拟潜望镜、舱段操艇装置、六自由度（6DOF）并联机器人机构等四个分系统构成，几个分系统通过以太网传输交换数据。其中液压6DOF并联机器人为模拟潜艇空间运动的关键机构，其控制软件必须完成潜艇姿态数据的接收、处理、控制执行器（一般为液压缸）动作、实时动态显示分析等繁杂的任务。这种多任务的软件开发，基于过程的编程设计已显得力不从心，而面向对象的多线程编程因其具有接口能力强、并行处理、运用灵活等优点，成为设计本控制软件的首选。 2 控制模块 该控制软件包括洗出滤波算法、运动学反解、内控、自检、外控、逻辑控制、安全保护、平台起停、实时动态显示、正解监控、网络通讯等多个控制模块。 2.1 洗出滤波算法 虽然各种运动模拟器模拟运动的侧重点有所不同，但洗出滤波总是需要的。在模拟运动过程中，液压缸的行程有限，故在一次动作完成后，必须换向回到中性位置，以使下一个运动模拟有足够的行程，通常将这种回到中性位置的附加运动称为运动的洗出。通过运动学仿真、质心坐标转换等计算过程，而得到被仿真设备的速度、加速度，再通过高、低通滤波器滤波、积分等一系列算法转化为运动平台的线位移和角位移的过程称为运动的滤波。经典的 彭利坤：博士研究生 基金项目：军队研制基金资助项目（JXB-2004-21）

关于六自由度并联机器人运动控制系统的结构设计

关于六自由度并联机器人运动控制系统的结构设计 运动控制系统作为六自由度并联机器人的关键控制系统，对机器人的精准快速运动具有至关重要的作用。通过对六自由度并联机器人结构、内部控制结构及其工作原理的介绍，提出运动控制系统的设计思路，并对其中的关键技术问题进行了深入分析，对提高六自由度并联机器人的研发和应用水平具有积极的推动作用。 标签：六自由度；并联机器人；运动控制系统；结构分析 近年来，随着计算机和电子信息技术的进步，机器人运动控制技术取得了突破性发展，机器人运动控制技术是将控制传感器、电机、传动机和驱动器等组合在一起，通过一定的编程设置对电机在速度、位移、加速度等方面的控制，使起机器人按照预定的轨迹和运动参数进行运动的一种高科技技术。伴随着机械工业自动化技术的发展，运动控制技术经过了由低级到高级，由模拟到数字，再到网络控制技术的发展演进过程。运动控制技术作为机械工业自动化的一项重要技术，主要包括全封闭伺服交流技术，直线式电机驱动技术、基于编程基础上的运动控制技术、基于运动控制卡的控制技术等。其中，基于运动控制卡的控制技术通过内部各种线路的集成组合，可以实现对各种复杂的运动进行控制，该技术系统驱动程序主要包括：运动控制软件、网络动态链接数据库、运动控制参数库等子系统。运动控制卡控制技术的出现和发展有效的满足了工业机械行业数控系统的柔性化、标准化要求，在工业自动化领域的应用越来越广泛。 1 六自由度并联机器人的构造 六自由度并联机器人作为现代工业自动化技术发展的代表，主要结构包括床身、连杆和运动平台等几个部分。其中运动平台与六个连杆相联接，每个连杆各自联接一个由虎克材料制成的滑块，这些滑块又与滚珠丝杠相连，在电机的驱动下可以带动滑块沿滚珠运动，进而带动连杆有规则的运动，从而改变平台的运动方向。通过在运动平台上安装不同的机械，可以有效满足不同工作的需求。在六根连杆工作程序中，每根连杆都由一台电机进行控制驱动来保证连杆运动的独立性，因此，可以实现六自由度的机器控制运动。 2 六自由度并联机器人运动控制系统工作原理与结构设计 2.1 并联机器人运动控制系统的工作原理 六自由度并联机器人运动控制系统主要由工控机、运动控制卡、伺服放大器、资料数据收集处理平台等系统组成。在机器人工作过程中，工控机借助一定的程序指令对运动控制卡发出命令，运动控制卡将六路脉冲同时发向六套伺服放大器，在脉冲命令的指引下，这些放大器做出进一步运动，进而带动机器人平台进行运动。同时，伺服放大器将运动中形成的信号数据传回到运动控制卡，进而完成一个全闭环式反馈控制运动。在运动过程中，可以通过Lab系统对并联机器人

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

(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

工业机器人的基本参数和性能指标

工业机器人的基本参数和性能指标 表示机器人特性的基本参数和性能指标主要有工作空间、自由度、有效负载、运动精度、运动特性、动态特性等。 (1)工作空间（Work space）工作空间是指机器人臂杆的特定部位在一定条件下所能到达空间的位置集合。工作空间的性状和大小反映了机器人工作能力的大小。理解机器人的工作空间时，要注意以下几点： 1)通常工业机器人说明书中表示的工作空间指的是手腕上机械接口坐标系的原点在空间能达到的范围，也即手腕端部法兰的中心点在空间所能到达的范围，而不是末端执行器端点所能达到的范围。因此，在设计和选用时，要注意安装末端执行器后，机器人实际所能达到的工作空间。 2)机器人说明书上提供的工作空间往往要小于运动学意义上的最大空间。这是因为在可达空间中，手臂位姿不同时有效负载、允许达到的最大速度和最大加速度都不一样，在臂杆最大位置允许的极限值通常要比其他位置的小些。此外，在机器人的最大可达空间边界上可能存在自由度退化的问题，此时的位姿称为奇异位形，而且在奇异位形周围相当大的范围内都会出现自由度进化现象，这部分工作空间在机器人工作时都不能被利用。 3)除了在工作守闻边缘，实际应用中的工业机器人还可能由于受到机械结构的限制，在工作空间的内部也存在着臂端不能达到的区域，这就是常说的空洞或空腔。空腔是指在工作空间内臂端不能达到的完全封闭空间。而空洞是指在沿转轴周围全长上臂端都不能达到的空间。 (2)运动自由度是指机器人操作机在空间运动所需的变量数，用以表示机器人动作灵活程度的参数，一般是以沿轴线移动和绕轴线转动的独立运动的数目来表示。 自由物体在空间自六个自由度（三个转动自由度和三个移动自由度）。工业机器人往往是个开式连杆系，每个关节运动副只有一个自由度，因此通常机器人的自由度数目就等于其关节数。机器人的自由度数目越多，功能就越强。日前工业机器人通常具有4—6个自由度。当机器人的关节数（自由度）增加到对末端执行器的定向和定位不再起作用时，便出现了冗余自由度。冗余度的出现增加了机器人工作的灵活型，但也使控制变得更加复杂。 工业机器人在运动方式上，总可以分为直线运动（简记为P）和旋转运动（简记为R）两种，应用简记符号P和R可以表示操作机运动自由度的特点，如RPRR表示机器人操作机具有四个自由度，从基座开始到臂端，关节运动的方式依次为旋转-直线-旋转-旋转。此外，工业机器人的运动自由度还有运动范围的限制。 (3)有效负载(Payload)有效负载是指机器人操作机在工作时臂端可能搬运的物体重量或所能承受的力或力矩，用以表示操作机的负荷能力。 机器人在不同位姿时，允许的最大可搬运质量是不同的，因此机器人的额定可搬运质量是指其臂杆在工作空间中任意位姿时腕关节端部都能搬运的最大质量。

平面并联机器人的运动学和动力学研究

平面2自由度并联机器人的运动学 和动力学研究 林协源1刘冠峰1 （1.广东工业大学广州） 摘要：本文面向高速高精LED电子封装设备设计了一种高速高精2自由度平面并联机构（2-PPa并联机器人）。该机构由一个动平台和两个对称分布的完全相同的支链组成，每个支链中都有一个移动副(驱动关节)和一个由平面平行四边形组成的特殊转动动副。首先推导出该机器人的运动学模型包括正反解；其次结合焊线机实际工艺要求提出多项机构性能指标对该机构的几何参数进行多目标优化；然后基于Euler-Lagrange 方程建立该机器人的动力学方程，最后通过算例分析两个移动副在动平台按照一定轨迹运动时其速度、加速度和驱动力的变化规律。这些为接下来研究该机器人的动态性能和系统解耦控制等都具有重要意义。 关键词：2自由度平面并联机器人运动学动力学 Kinematic and Dynamic Analysis of a Planar Two-degree-freedom Parallel Manipulator LIN Xieyuan1LIU Guanfeng1 （1.Guangdong University of Technology Guangzhou ） Abstract：In this paper，a type of planar 2-DOF parallel manipulator is proposed for uses in design of high- speed and high-accuracy LED packaging machines. The manipulator consists of a moving platform and two identical subchains. Each subchain is made of a prismatic joint (actuator) and a parallelogram with four passive revolute joints. We first derive the kinematic model of the manipulator. Then, we determine the optimal geometric parameters of the manipulator by solving a multi-goal optimization problem based on performance indices. We compute the dynamic equation use Euler-Lagrange formulation and use it to analyze the relationship between velocity, acceleration and driving torque of joints. This analysis is important for further study of the dynamic performance and the decoupling control methods for the manipulator. Key words:2-DOF Planar parallel manipulator Kinematics Dynamics 0 前言 在电子、包装和食品等轻工业场合中，机器人只需要3到4个自由度即可满足使用要求。串联机器人由于自身具有较大的质量和惯性，很难应用到需要高速高负载能力的场合。并联机器人很好的弥补了串联机器人这方面的不足。所以，近年来少自由度并联机器人的研究相当热门。其中3自由度并联机器人的研究已是相当深入[1-4]。在Z方向只需要较小的操作位移时，末端搭载一个1或2自由度的串联机构的2自由度并联机器人相对应3或4自由度的并联机器人会显得更加经济适用。 清华大学曽提出过两种平面2-DOF并联机器人：一种是PRRRP（P表示移动副，R 表示转动副）并联机器人，其中两移动副运动方向平行，且机器人的末端姿态是可变的[5]；一种是2-PPa（Pa表示平行四边形机构）并联机器人，同样，该机器人的移动副运动方向也平行，不过其末端姿态不可变[6]。文章[6]中的并联机器人最后应用在了立式机床上。同样的2-PPa并联机器人，上海交通大学将其应用在高速高精度的场合

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

并联机器人操作细则

运动控制开发平台操作细则： 一、步进电机平台 1．上电计算机电源、驱动器电源、端子板电源。 2．运行GTCmdPCI_CH。 3．在菜单栏选择出现“基础参数设置”界面。 4.在“运控卡型号选择”栏，打开下拉菜单，选择所安装的运控卡型号。 设置“行程开关触发电平” 设置“编码器方向”，默认值0 设置控制周期，运控卡缺省的控制周期是200 μs。 5．点击“打开运控卡”按钮。 6．点击“确定”按钮。 7．在GTCmdISA_CH主菜单下选择打开“基于轴的控制”界面。 8．打开轴选下拉菜单，如下图，选择当前轴（操作轴）。 9．选择“清状态”，如右图，清除当前轴不正确的状态。 10、设置控制输出，驱动使能（轴开启） 在系统初始化完成后，在轴选框选择当前轴，按照根据系统要求设定控制输出。注意应与当 前轴的驱动器和电机的设置相统一。 SV卡： 可以选择输出模拟量，即0； 亦可选择输出脉冲量，即1。 SV卡： 选择“伺服打开/伺服关闭”选项（如右图，打勾为打开，不选为关闭）。此时驱动器使能，轴应该静止状态

11．点击“位置清零”按钮，观察“轴当前位置”为0。 4．在“运动控制模式”栏设置运动参数 5．点击“参数更新”按钮， 二、直流伺服电机平台 1～6步同步进电机一样 7、在轴的控制窗口中选中第4轴。 8、在“伺服滤波器参数设置”框中设置“比例增益”为10。 9、在梯形曲线页中“目标位置”为300000，“速度”为10，“加速度”为1。 10、点击“伺服打开”（SV卡时）/“轴开启”（SG卡时）选项，使控制器的第4轴进入伺服（开启）状态。 11、点击“清状态”键，使控制器的第四轴事件状态清除。 12、点击“参数更新”键，使第四轴开始运动 补充： 1、当某个轴选定并打开伺服后，在开发面板上会亮起相应的灯，分别是ENA1、ENA 2、ENA 3、ENA4. 2、在运动启动前应保证在控制软件的右侧的轴系状态或者坐标系状态正确，如：

基于https://www.wendangku.net/doc/4c19113740.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

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

并联机器人

并联机器人-定义 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。并联机器人-特点 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： 无累积误差，精度较高； 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；结构紧凑，刚度高，承载能力大； 完全对称的并联机构具有较好的各向同性； 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 并联机器人-背景及应用 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，如图1-1所示；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，如图1-2所示；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，如图1-3所示；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，如图1-4所示，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。 并联机器人1-2

并联机器人1-2 图1-1 并联娱乐装 置图1-2 Pollard的并联机构 并联机器人1-3

并联机器人1-4 图1-3 Gough并联机 构图1-4 Stewart并联机构 应用方面： （1）运动模拟器

并联机器人的应用

并联机器人的应用 近年来，随着同行业内各个企业之间的竞争形势日益激烈，人力成本的不断上升，越来越多的传统制造企业愿意把更多工业机器人引入工厂，进一步提升工业生产效率，促进产业结构的智能化调整。在这个过程中，并联机器人因其刚度高、速度快、柔性强、重量轻等优点，在食品、药品、3C、电子等轻工业中应用最为广泛，在物料的理料、分拣、装箱、转运等方面有着无可比拟的优势。 常见的分拣工艺，并联机器人结合传感器、工业相机、编码器等外界感应识别系统，对来料按照特定条件进行快速分拣，大致可分为以下两类： ①按照不同形状、颜色进行分类分拣 ②根据要求的质量、形状进行筛选分拣 高效率的分拣前提条件之一就是较为严格的来料位姿和速度，也因此使理料成为工艺中至关重要的环节。但是，理料环节设计过为简单会直接影响分拣效率，过为复杂则对项目投入成本及占地等方面造成客户的负担。勃肯特从实际应用案例出发，为您提供非常规分拣的解决方案。 1、当来料出现堆叠摆放，前端理料的设计不再是必须 使用常规方式无法分拣堆叠来料的根本原因，在于堆叠物料的平面投影轮廓和2D相机视觉系统既定轮廓的差异，而差异的出现会导致机器人缺失来料物品的明确坐标信息，最终导致漏料；此外，即使配备3D视觉，并联机器人受末端自由度的限制，也无法进行空间更大自由度的拾放。 串并混联六自由度机器人为一种"3P-3R"的新型结构机器人，具备了串联机器人的灵活性和并联机器人高速的特性，末端J4、J5、J6轴分别可进行空间±360°、±150°、±360°旋转，配合3D视觉识别系统，在三维空间中标定堆叠物料的位姿及定位坐标，进行空间六自由度的抓取。理料分拣一机两用，前端无需再增加理料工序，可大大减少了客户在生产线成本上的投入。 （3D视觉配合串并混六轴分拣工艺）