并联机器人在上世纪90年代才真正引起广泛注意,具有刚度高、速度快、柔性强、重量轻等优点,与串联机器人一起构成工业机器人的重要部分。在食品、医药、电子等轻工业中应用最为广泛,在物料的搬运、包装、分拣等方面有着无可比拟的优势。近两年,随着并联机器人在市场中的应用日益从广泛,已成为工业机器人需求增长的新生力量。
一、发展历程
国外
并联娱乐装置
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;
Pollard的并联机构
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;
并联机器人
1962年,Gough发明了一种基于并联机构的六自由度轮胎检测装置;
Gough- Stewart机构
1965年,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,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。
国内
我国对并联机器人的研究起步较晚,技术与国外相比还存在着差距。在并联机器人不过,经过近几年的发展,国产并联机器人应用水平日益提高,逐渐受到企业的认可与使用。
并联机器人结构图
二、并联机器人特点
并联机构(Parallel Mechanism,简称PM),
三、并联构型分类
在并联机器人机构体系中,有多种机构种类的划分,按照自由度划分,分为:
(1)2自由度并联机构
在并联机构领域,2自由度并联机构的自由度最少,分为平面结构和球面结构两大类,主要适用于平面或球面定位,应用领域大。
二自由度并联机器人
天津大学拥有独立知识产权的二自由度并联机构Diamond机器人目前已规模化应用在电子、医药、食品等工业领域中,为包装、移载等物流环节提供了高效、高质的保障。
(2)3自由度并联机构
Delta并联机器人
3自由度并联机构种类较多,形式较复杂,一般有以下形式:平面3自由度并联机构,如3-RRR 机构,它们具有2个移动和一个转动;球面3自由度并联机构,如3-UPS-1-S 球面机构,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Delta并联机器人,这类机构属于欠秩机构,在工作空间内不同的点其运动形式不同是其最显著的特点。还有一类是增加辅助杆件和运动副的空间机构。
(3)4自由度并联机构
四自由度并联机器人
4自由度并联机构大多不是完全并联机构,不过可以扩大应用范围,在三自由度并联机构的基础上增加一个转动自由度,形成四自由度并联机器人。
(4)5自由度并联机构
国际上一直认为不存在全对称五自由度并联机器人机构。不过,非对称五自由度并联机器人机构比较容易综合。Lee和Park在1999年提出一种结构复杂的双层五自由度并联机构;Jin等在2001年综合出具有三个移动自由度和两个转动自由度的非对称五自由度并联机构;高峰等在2002年通过给六自由度并联机构添加一个五自由度约束分支的方法,综合出两种五自由度并联机构。
(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。
六自由度并联机器人
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