资源描述
清华科技 目录 1 0 0 7 0 2 1 4 1 7 1 9 P P 1 0 5、 1 1 2 Vo l u m e 8， N u m b e t 1， F e b r u a r y 2 0 0 3 平行 结构 两个或三个自由度 刘辛军、汪劲松、李铁民、段广洪。北京清华大学工程学院。 100084 1摘要 平行 机器人 在 机器 人工 业界已广泛的研究， 服务于 各工业的工作领域，并 成为 设计上综合发展体系的 ，越 复杂的 平行 机构 将带来越 多的 研究 兴趣 ， 并行手法少于 6级的 自由度， 几个 平 行的机制与各种数量和类型 。 自由度本文描述，可 以用 在 平行 机器，运动模拟器和工业机器人。 关键词 平行 机器人 ，平行，运动学 机械 自由度 机器人 引言 机械系统，从而使刚体 转动 方面中扮演非常重要的角色，无数 的 机构，可迁入各种平移或旋转方向的一个回顾程度 。自由度，为僵化的身体不能超过 6 ，举例来说，三个翻译议案沿相互或轴线和三个转动提出的关于这些机器人包括系统 控制若干程度 的结束效应。过去几年来，经历了重要的发展情况，在 一辈 人使用工业机器人，主要是由于其机械结构的最常见的机器人，是没有很好地适应某些类型的架构也因此，最近已开发为工业用途，其中包括 平行机 器人。 一个平行的机械臂，这是一个闭环几个四肢或有多少手 杆 ，等于多少个自由度，如每肢体是由一个致动器和所有驱动器可安装在或接近固定这个原因， 平行 升有时华航主导平台外部负载可以共享的，由作动器， 平行 机构往往有一个大的承载手法总是作为具有非常好的表现，无论在精度，刚度并有能力操控大型已用于大批应用范围从飞行模拟器，并正成为越来越受欢迎的，在机床行业。 该设计 平行机器人，可以追溯到 1947年，当的基本原则，机制与闭环系统的运动学结构，以控制位置和方向的移动平台，以测试轮胎磨损和建起了原型在 1955年（图 1 ）元素是 一个六角形的平台，其顶点都连接到三通由球和插座，然后的另一端连接被重视该基地由然后第九线性传动改造总升油墨长度。斯图尔特设计了一个平台机器人作为模拟器于 1965年（图二） ，其中感人元素是一个平台，其顶点都连接球及插座，然后支持每个机制构成的两个千斤顶， 放置 提出了系统的研究运动学结构的 平行 机器人与平面三是保障计划 平行 升手法作为一个典型的的例子。 图 1早期设计的 平行 机器人 大部分的六个 自由度的 平行 升手法种灭蝇灯迄今已其中包括 6个延展 平行 机器人具有优势高刚度，低惯量，大负荷的 情况 ，他们受 局限 比较小 提 升工作空 间和 和利用价值， 不同的地方就是 他们之间的直接运动学是很难 平行 机器人少于已吸引了越来越多 注意 。 本文介绍了 平行 机器人 类型的新的 平行 机构介绍：一个空间三 个自由度的 平行 机器人，分两次 平行 升机械臂，并串行并行升机械臂。 1平行机器人的定义 一个平行的机械臂是一个完效应与厅自由度与固定基地连在一起至少由两个独立运动学需通过简便励磁机这些机制都为的自由度则至少有两个联系至少 有多少励磁机是一样的数目自由度的 负载可以分布于多重的联系。 数励磁机是必须的。 当励磁机已上锁，机械臂仍然在位置 ， 这是一个重要的安全 问题， 平行 机器人，其中有多少联系，是在严格平等的 平行机器人。 2 自由度的一个机制 自由度的一个机制，是众多独立参数或投入必要完全指定的配置，其 中 一般的流动性标准，所以不容易被界定为闭环运动学联系的，因为狩猎和已经流动公式确实可以忽略某些程度的 自由度的 公式却是普遍采用 。 3分类的 平行 机器人 总数自由度的刚体不能超过 6， 因此，有多少一个平行的手法 将 第一并行机制机械设计 有人建议 ， 为 平行 ， 2至 6调查的 87个驱动器 ，百分之六四中， 40 的三个，其余两个 行 机器人 大多数现有 的两个 平行 机器人是平面手法两平移这种设计使用棱柱和旋转联合，表明，有 20种不同的组合，这一数字减为 6所示。在图 2如果调节器，假设为81 ，隶属该 没有被 棱柱形，然后及不动支持重量另作动。 图 2 6种类型的 平行 机器人 器人 有许多三 平行 ，经典设计，提交例子是平面三 回转联合） 平行 机器人所示 图 3动平台有三个平面，这两个译本沿 轴和一个旋转左右轴线垂直于 器人所示 图 3的 这一切，然后诠释石斧 相交于一个共同议案的任何诠释，在机械是轮换关于动平台只所诠释，并没有动 支护的我们保障计划 图 3平行 机器人所示 其中有复杂的，这是不能严格地最著名的机器人三平移是，提出和被广泛地用于工业，另有类型三 平行 升机械臂已动 里的第四站是被动的，又是领先的腿，这意味着腿部确定议案的平台，例如，在球面坐标 平行 机器人 表现在 图 3平行 机器人是用于机器工具设计使用大学汉诺威 平行 机器人 四 杆 理论指导地乐升机械臂 ，它是自由度为 224每有，其实，没有四 杆 完全平行早期机制四个 杆 没有完全 平行 ，两个驱动器每挂钩，或与被动的限制。 平行 机器人 分校做财政司司长理论指导地乐升手法 ，所以不存 在， 五 杆 完全平行五 杆 平行机器人建议连续两个 平行 机器人。 杆 平行 机器人 六 杆 平行 机器人是最热门的手法因此，他们研究结构显示 图 4是一个经典六 杆 平行 机器人 六 杆 平行 机器人有 6个 延展 平面 平行 机器人具有优势的高刚度，低惯量，大负荷的薪酬以往，他们遭受了 问题相对较小的有益工作和设计 不同 此外，分析其直接运动学是非常 困难。 平面机制，如一个四杆机构，或五杆 机制，或其中有两个驱动器每腿，并如常地有三腿。 四演变 平行 机器人 确立了基本原则与机制 闭环运动学结构，在 1947年，因为表现在图 1 ，有许多其他 平行 机构与特定数目和类型的程度自由 度 ，也提出了建筑由斯图尔特于 1965年证明了在图 1显示在图 4 ，从理论上说，六只 杆 ，设计 成所有 杆 平行 机构，如机械臂显示，在图 4 ，凡腿安排在 3广泛用于微系统。 六条腿 如图 4所示 沿着指定的方向，这是非常有用的用于工业 领域 。 6 杆 平行 机器人相似，即所提出的 每次都对腿在机械手的表现在图 4平行 每个人数 杆 的机械臂西港岛线 果 投入两条腿各一双，是方程 手法架构是显示升手法 总产值 种译本，这可能是起源驱动环节可以安排作为我们当地雇员众所周知，快餐机器人已经取得了好几个版本，如作为机制手法图也可以三种平移 平行 仔的机械臂已翻译 一致认为 ，它是不完全版本。他们的设计概念不同，蔡振南的机械臂是首次设计，以处理这一问题的一个万国邮联三个平移 杆 平行 机器人 是设计的 伟大的行动理论。 图 5 虽然这些设计巧思设计一个新的 机械臂，需要做更多的工作，以设计一个机器人组合平移和旋转 杆 少于 6个 杆 很少有空间三 杆 平行 升手法组合两个空间翻译和 1个转动 。 5新的三杆平行机器人。 空间三 杆 平行 升机械臂所示选区一个基地台，移动式平台，和 3杆 连接两个连接腿已经四度的的三腿有相同的链路与两 杆 合资或两自由度然后的第三站，构成一个平面四杆 平行 升和三个自由度，然后自由度，然后诠释，在每一个站是驱动。平台连接的是固定底板通过 杆 （ 1 ） ， （ 8 ）和（ 1 2 ） 。 杆 （ 1 ）和（ 1 2 ）有相同的连锁店不断的联系 连接着一个普遍的，然后诠释（或两个接头） （ 1 5 ）或（ 1 3 ）在 底端和被动旋转联合（ 3 ）或（ 1 1 ）在其他 旋转接头，然后附在一个积 极滑块（ 4 ）或（ 1 0 ） ，这是 安装在导轨（ 2 ）或（ 9 ） 。第三站（ 8 ）有一个恒定的连接， 平面四杆平行，这是连接相比一，然后诠释（ 1 6 ）在底端和被动旋转联合（ 5 ）在其他 回转联合附在积极滑块（ 6 ） ，这是 安装在导轨（ 7 ） 。运动的说明 通过滑动 3个滑块就顾 拟议的机械臂是一个普遍的操纵装置必须有 3个自由度，当投入要素安排联系和显示，在图 6 ， 杆 （ 1 ）和（ 1 2 ）提供两个制约轮换的移动平台的 后（ 5 ）及（ 1 6 ）为第三站（ 8 ）有 平行 升斧头 6所示 第三站，可以提供一个制约轮换感人平台对，三者兼而有之的腿 制约轮换的移动平台方面的 石斧和翻译沿，这一机制两平移度，在 们主轴。 机械设计有趣的是，由于第三腿机制，采用平面四杆平行，用在其他并行机制，这种独特的空间三 杆 平行 机器人（一） ，只旋转接头， （二）结合空间平移和旋转度的自由空间 3 杆 平行 机器人，及（三）具有高流动性的转动自由度设计，可以适用于几乎平行机的 低流动性和灵活性的六个 杆 并行机制，越来 越多的 平行 机床混合结构，如那些和，这通常是基于以下三个自由度机制建议 平行 机器人将被设计成一个混合式 平行 机床在未来并行机制，也可以被用来作为一个模拟器或微操作机器人 图 6的空间三 杆 平行 机器人 设计表现在过度意味着加工组件必须，普及，然后能代表费城两然后这并不难，杜撰准确。 运动学问题映射一个已知的构成（位置和方向）的输出平台，以一组输入，然后诠释变数，将实现这一运动学模式 1的机械臂表现在输出平台的顶点是用字母平台然后 一个固定的 参考系统： 2的与直轴正常到基地 轴沿着基本法参考， X ， Y ， z ，设在该中心的 轴都是沿小一长短腿每个环节，是包含由中在一些案件中，长度的连接 观的逆运动学，使甩离子是确定 负荷 从构成的输出平台，在笛卡尔空间 理论为依据 6其他并行体系结构 平移平台 一种新颖的两 杆 并行机制 ， 示意图 7移动平台连接到该基地由两 相同腿构成一个平面四杆测量：左旋油墨 2,3,4和 5为首次腿 ; 2,6,7和 8为第二伸缩缝，在每个平面四杆平行都是旋转 3条和第 8条是驱动棱柱平台议案所取得的变动的连结 3日和 8转发到这个平台，由两个平行移动平台有两个纯平移自由度与尊重的基础上，因为平面四杆平行系统超过约束，因为只有一个平面四杆 平行 升需要获得两个 杆 一个刚体，在设计这两个平面四杆，是用来增加系统的刚度，并尽量系统机制，是现在用来翻修，一种新型 5轴机床的合作与第二机床厂在 中国 齐齐哈尔系统机制 。 杆 平面串 平行 机制。 如图 8所示 有一个 移动的空间 说明平台连接到地的两个 杆 第一站，构成一个不断环线，是连接在一个诠释，在底端，并通过在其他所诠释的是隶属该基 地通过一个棱柱形，然后第二腿是非常不同的，从第一双方的是互相关联的，通过旋转，然后连接到 地面上的 一个棱柱形 。 结论 本文主要是对平行机器人的一个定义和重点介绍了 3杆机器人的工作原理。以及一些其它多杆机器人的发展和工作原理。平行 机器人 的这些 设计都被应用到新的工业 领域 ， 八 鸣谢 作者要感谢王启明博士和林嘉风博士他们给与的指正，汤小强博士的 的三杆 平面串行并行机制 的 贡献
展开阅读全文