并联机器人机构运动与动力分析研究现状及展望

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并联机构动力学分析及控制策略研究

并联机构动力学分析及控制策略研究一、引言在机械系统中，机构是运动的基础。

机构的特性与性能对机器人和自动化系统的运动控制有着至关重要的影响。

在众多的机构中，并联机构是一种典型的高机动性机构，在机器人、飞行器以及自动化设备等领域得到了广泛应用。

本文将介绍并联机构动力学分析及控制策略的研究现状和发展方向。

二、并联机构动力学分析方法1.拉格朗日动力学方法拉格朗日动力学方法是一种经典的机械动力学分析方法，可以解决复杂机构的运动和动力学问题。

在分析并联机构时，可以通过拉格朗日方程建立并联机构的运动方程。

利用拉格朗日方程可以得到并联机构的运动学方程和动力学方程，从而实现机构的动力学分析。

2.牛顿-欧拉动力学方法牛顿-欧拉动力学方法是一种相对直观的机构分析方法，也被广泛应用于并联机构的动力学分析。

利用牛顿-欧拉法可以得到并联机构的动力学方程，通过求解方程可以得到并联机构的动态响应。

相对于拉格朗日动力学方法，牛顿-欧拉动力学方法需要更多的运动学参数，但是计算量要小得多。

三、并联机构的控制策略1. 基于模型的控制策略基于模型的控制策略是一种常用的控制方法，包括反馈控制、前馈控制、模型预测控制等。

这些方法都需要对机构的动力学方程进行建模，通过数学方法求解系统的控制器，从而实现控制效果。

但是这种方法必须先对系统动力学模型进行精确建模，否则控制效果会受到影响。

2. 基于学习的控制策略基于学习的控制策略是一种新兴的控制方法，它通过系统和环境的交互，自适应地学习控制器的参数。

这种控制方法基于强化学习、遗传算法等理论，对于复杂的机构控制效果非常好。

但是基于学习的控制方法需要大量的数据训练，较难应用于实际控制场景。

四、并联机构的控制应用并联机构的控制应用涵盖了多种领域，如自动化控制、机器人、航空航天等。

在这些领域中，人们需要通过对机构的控制来实现对设备的高精度部件加工、复杂任务执行和高速运动控制等。

因此，对并联机构的控制研究，对于各种自动化设备的设计、开发和应用具有重要意义。

并联机器人动力学参数识别实验报告

并联机器人动力学参数识别实验报告
摘要：
一、实验背景与意义
二、实验方法与步骤
三、实验结果与分析
四、结论与展望
正文：
一、实验背景与意义
随着科技的发展，机器人在各个领域的应用越来越广泛。

其中，并联机器人由于其独特的结构特点，具有较高的灵活性和精度，被广泛应用于工业生产、医疗康复、智能家居等领域。

然而，并联机器人的动力学参数对其运动性能和控制性能具有重要影响，如何准确识别其动力学参数成为了一个重要的研究课题。

本实验旨在通过实验方法，探讨并联机器人动力学参数的识别方法，为实际应用提供理论支持。

二、实验方法与步骤
本实验采用了以下方法与步骤：
1.搭建并联机器人模型
2.设定实验场景与参数
3.采集并联机器人的运动数据
4.分析并联机器人的动力学参数
5.验证实验结果
三、实验结果与分析
通过实验，我们得到了并联机器人的动力学参数，并对实验结果进行了详细分析。

分析结果表明，实验方法能够准确识别并联机器人的动力学参数，且具有较好的稳定性和可靠性。

四、结论与展望
本实验成功地识别了并联机器人的动力学参数，为并联机器人的运动控制和性能优化提供了重要的理论依据。

然而，本实验仍存在一定的局限性，例如实验方法的普适性有待提高。

并联机构动力学分析及其优化研究

并联机构动力学分析及其优化研究近年来，伴随着机器人技术的飞速发展，各类新型机构不断涌现。

其中，由多个可移动机构组成的并联机构具有极高的灵活性和智能性，被广泛应用于生产制造、军事打击、环境探测等领域。

然而，并联机构在运动控制和优化设计方面仍然面临着一些挑战。

本文将探讨并联机构动力学分析及其优化研究的最新进展和未来方向。

1. 并联机构动力学分析并联机构是由多个移动连杆和联接件构成的机制系统，可实现多自由度的运动。

由于并联机构的微小误差和噪声传递对系统性能的影响较大，因此需进行精确的动力学分析。

目前，主要的动力学分析方法包括正解法、逆解法和拉格朗日方程法。

正解法是根据机构几何特征，通过数学公式计算出位置、速度和加速度等量之间的关系，从而求出力学量。

此方法引入了几何分析、微积分、向量运算等知识，计算步骤较为繁琐，但计算结果精度较高，适用于较简单的并联机构。

逆解法是利用运动学基本定理，根据系统所给定末端执行器的位置、速度和加速度，逐步反推出各个连杆的角位移、角速度和角加速度，进而求出力学量。

逆解法直接从问题的求解出发，计算速度较快，适用于较复杂的并联机构。

拉格朗日方程法是基于能量守恒原理的一种动力学分析方法。

该方法是利用拉格朗日函数，将机构运动方程表述为一组含有相应广义坐标、速度和加速度的常微分方程组。

此方法可适用于高自由度的机构，并具有较强的表达能力和灵活性。

2. 并联机构优化研究并联机构优化设计是指通过调整机构的构型、参数或控制策略，以实现机构在特定工作条件下的最优性能。

目前，主要的优化设计方法包括结构优化、参数优化和控制优化。

结构优化是通过改变机构整体结构或连接方式，以达到优化指标的目的。

常用的方法包括遗传算法、神经网络和模拟退火算法等，主要用于寻找机构的最优拓扑结构。

参数优化是在保持机构结构不变的前提下，调整机构参数以达到最优性能。

常用方法包括非线性规划、遗传算法和粒子群算法等，主要用于寻找机构参数的最优值。

并联机器人的研究现状与发展趋势

并联机器人的研究现状与发展趋势近年来，并联机器人的研究与发展取得了显著的进展。

并联机器人是指由多个运动链并联组成的机器人系统，其灵活度和精度相对较高。

本文将从研究现状和发展趋势两个方面探讨并联机器人领域的最新进展。

一、研究现状目前，对并联机器人的研究主要集中在以下几个方面。

1. 动力学建模与控制并联机器人的动力学建模与控制是研究的重点之一。

通过建立准确的动力学模型，可以为控制算法的设计提供依据。

同时，研究者也在探索适用于并联机器人的高效控制策略，以提高系统的运动性能和稳定性。

2. 仿真与优化设计借助计算机仿真技术，研究者可以对并联机器人进行各种仿真实验，并对其性能进行评估和优化设计。

仿真技术不仅提高了研究效率，还能降低实验成本，为机器人设计与控制提供理论依据。

3. 感知与认知并联机器人作为一种高度智能化的机器人系统，对外部环境的感知与认知显得尤为重要。

当前的研究方向主要包括机器视觉、力觉传感、环境感知等方面，旨在提高并联机器人的自主感知和认知能力，以更好地适应复杂的工作环境。

4. 应用研究并联机器人在工业生产、医疗手术、教育培训等领域都有广泛的应用前景。

目前，国内外研究机构和企业已经开始对并联机器人在各个领域的应用进行探索，并取得了一些令人瞩目的成果。

二、发展趋势未来，并联机器人领域有几个明显的发展趋势。

1. 多功能化随着技术的不断进步，未来并联机器人将具备更多的功能。

例如，在医疗领域，可以用于辅助手术、康复治疗等多个方面。

在工业生产中，可以用于灵活制造、装配与搬运等任务。

多功能化将使并联机器人更加灵活、智能，能够适应更多的应用场景。

2. 网络化并联机器人的网络化是未来的趋势之一。

通过与其他机器人、设备的互联互通，可以实现信息的共享与协同。

这将提高机器人的工作效率，加强机器人系统的整体协调能力，进一步推动机器人在实际应用中的普及和发展。

3. 人机协作人机协作是机器人发展的重要方向之一。

未来的并联机器人将具备更高的安全性和智能性，能够与人类进行无缝协作。

并联机器人的运动学分析

并联机器人的运动学分析一、引言机器人技术作为现代工业生产的重要组成部分，已经在汽车制造、电子设备组装、医疗器械等领域发挥着重要作用。

而在机器人技术中，并联机器人以其独特的结构和运动方式备受关注。

本文将对并联机器人的运动学进行深入分析，探讨其工作原理及应用前景。

二、并联机器人的运动学模型并联机器人由多个执行机构组成，这些执行机构通过联接杆件与运动基座相连，使机器人具有多自由度运动能力。

为了对并联机器人的运动学进行建模，我们需要确定每个执行机构的运动关系。

其中，分析最为常用的是基于四杆机构的并联机器人。

1. 四杆机构的运动学模型四杆机构是一种由两个连杆和两个摇杆组成的机构，通过这些部件的相对运动实现机构的运动。

在并联机器人中，常见的四杆机构包括平行型、等长型等。

以平行型四杆机构为例，我们可以将其简化为平面结构，并通过设定适当的坐标系进行建模。

在平行型四杆机构中，设两个连杆为L1和L2，两个摇杆为L3和L4。

定义坐标系，以机构的连杆转轴为原点，建立运动坐标系OXYZ。

假设L3的转角为θ3，L4的转角为θ4，连杆L1和L2的长度分别为L1和L2，则可以通过几何关系得到机构的运动学方程。

2. 并联机器人的运动学模型并联机器人由多个四杆机构组成，各个四杆机构之间通过杆件连接，使得整个机器人能够实现更复杂的运动。

以三自由度的并联机器人为例，每个四杆机构的连杆长度、摇杆转角都有一定的自由度限制。

通过对每个四杆机构的运动学模型进行分析，可以得到整个并联机器人的运动学方程。

三、并联机器人的动力学分析除了运动学分析，动力学分析也是对并联机器人进行研究的重要方向。

动力学分析包括对并联机器人在运动过程中的力矩、加速度等动力学参数的研究，是实现机器人精确控制和安全运行的基础。

1. 动力学模型的建立在并联机器人的动力学分析中，我们通常采用拉格朗日方法建立动力学数学模型。

通过拉格朗日方程可以建立机器人运动学和动力学之间的联系，从而实现对机器人运动过程中各个关节力矩的估算。

两种并联机器人的机构性能分析与运动控制研究

两种并联机器人的机构性能分析与运动控制研究并联机器人是一种具有多个机械臂、执行器和传感器的机器人系统，具有高精度、高稳定性和高可靠性的特点。

在工业自动化和生命科学等领域，广泛应用于精密操作、装配、搬运等任务。

为了进一步提高并联机器人的机构性能和运动控制精度，研究人员提出了许多创新的方法和算法。

目前，主要有两种并联机器人的机构性能分析与运动控制研究，分别是基于刚性机械臂的并联机器人和柔性物体的并联机器人。

基于刚性机械臂的并联机器人是指机器人系统中，机械臂和执行器由刚性材料构成。

这种机器人通常具有较大的负载能力和较高的运动速度。

在机构性能分析方面，研究人员主要关注并联机器人的刚度、可重复性和精度等指标。

而在运动控制方面，传统的方法包括基于位置控制、速度控制和力控制的算法。

此外，还有许多创新的方法，如基于模型的控制、自适应控制和优化控制等。

柔性物体的并联机器人是指机器人系统中，机械臂和执行器由柔性材料构成，可以适应复杂的非刚性工件。

在机构性能分析方面，研究人员主要关注并联机器人的柔性度、变形能力和稳定性等指标。

而在运动控制方面，传统的方法无法直接应用于柔性机械臂的运动控制。

因此，研究人员提出了许多创新的方法，如基于模型的控制、自适应控制和协调控制等。

在并联机器人的机构性能分析方面，主要包括刚度分析、可重复性分析和精度分析等。

刚度分析是指研究机器人系统在外力作用下的刚度性能。

可重复性分析是指研究机器人系统的姿态误差和姿态精度。

精度分析是指研究机器人系统的位置误差和位置精度。

在机构性能分析的基础上，可以进一步优化机器人的机构参数和设计。

在并联机器人的运动控制研究方面，主要包括位置控制、速度控制和力控制等。

位置控制是指控制机器人系统到达目标位置的控制方法。

速度控制是指控制机器人系统运动速度的控制方法。

力控制是指控制机器人系统对外力的敏感性和响应能力。

在运动控制方面的研究中，可以根据具体任务和要求，选择合适的控制算法和控制策略。

串联和并联机器人运动学与动力学分析

串联和并联机器人运动学与动力学分析串联和并联机器人是工业自动化领域中常见的机器人结构形式。

它们在不同的应用场合中有着各自的优势和适用性，因此对它们的运动学和动力学进行深入分析具有重要意义。

本文将从运动学和动力学两个方面对串联和并联机器人进行分析，并对它们的特点和应用进行了介绍。

一、串联机器人的运动学和动力学分析1. 串联机器人的运动学分析串联机器人是由多个运动副依次连接而成的，每个运动副只能提供一个自由度。

其运动学分析主要包括碰撞检测、正解和逆解三个方面。

（1）碰撞检测：串联机器人在进行路径规划时，需要考虑各个运动副之间的碰撞问题。

通过对关节位置和机构结构进行综合分析，可以有效避免机器人在工作过程中发生碰撞。

（2）正解：正解是指已知各关节的角度和长度，求解末端执行器的位姿和运动学参数。

常见的求解方法包括解析法和数值法。

解析法适用于关节均为旋转副或平动副的情况，而数值法则对于复杂的几何结构有较好的适应性。

（3）逆解：逆解是指已知末端执行器的位姿和运动学参数，求解各关节的角度和长度。

逆解问题通常较为困难，需要借助优化算法或数值方法进行求解。

2. 串联机器人的动力学分析串联机器人的动力学分析主要研究机器人工作时所受到的力、力矩和加速度等动力学特性，以及与机器人运动相关的惯性、摩擦和补偿等因素。

其目的是分析机器人的动态响应和控制系统的设计。

（1）力学模型：通过建立机器人的力学模型，可以描述机器人在工作过程中的动力学特性。

常用的建模方法包括拉格朗日方程法、牛顿欧拉法等。

（2）动力学参数辨识：通过实验或仿真，获取机器人动力学参数的数值，包括质量、惯性矩阵、摩擦矩阵等。

这些参数对于后续的控制系统设计和性能优化非常关键。

（3）动力学控制：基于建立的动力学模型和参数，设计合适的控制算法实现对机器人的动力学控制。

其中，常用的控制方法包括PD控制、模型预测控制等。

二、并联机器人的运动学和动力学分析1. 并联机器人的运动学分析并联机器人是由多个执行机构同时作用于末端执行器，具有较高的刚度和负载能力。

Delta系列并联机器人研究进展与现状

二、现状
目前，Delta系列并联机器人的研究主要集中在机构设计、运动学和动力学分析、控制策略和实验研究等方面。在机构设计方面，研究人员通过对Delta机器人的结构和运动特点进行分析和优化，提出了多种新型的Delta机器人机构。在运动学和动力学分析方面，研究人员利用计算机进行模拟和仿真，对Delta机器人的运动性能和动力学特性进行了深入探讨。
一、研究背景
并联机器人的研究可以追溯到20世纪60年代，当时美国科学家 J.C.Mckinstry提出了一种基于并联机构的机器人设计方法。到了20世纪90年代，随着计算机技术和机械制造技术的不断发展，并联机器人的研究和应用开始受到广泛。Delta系列并联机器人作为一种常见的并联机器人，具有高速度、高精度和高效率等特点，因此在现代工业中得到了广泛应用。
在控制策略方面，研究人员采用各种先进的控制方法，如PID控制、鲁棒控制和自适应控制等，以提高Delta机器人的控制精度和稳定性。在实验研究方面，研究人员对Delta机器人的各种性能指标进行测试和评估，以验证其在实际应用中的效果。
此外，Delta系列并联机器人还在许多领域得到了应用，如装配、搬运、包装和检测等。由于Delta机器人具有高速度和高精度等特点，因此在生产线上可以大大提高生产效率和产品质量。例如，在电子制造领域，Delta机器人可以快速准确地装配和搬运电子部件，从而提高生产效率和质量。在食品包装领域， Delta机器人可以高效地包装各种食品，从而提高生产效率和市场竞争力。
此外，Delta机器人的成本较高，对于一些中小型企业来说，引入Delta机器人可能会增加生产成本。最后，Delta机器人的应用领域还需要进一步拓展，以适应更多的生产环境和生产需求。
四、展望

并联机器人研究的进展与现状

文章编号 2 2 2并联机器人研究的进展与现状Ξ陈学生陈在礼孔民秀哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨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∀关键词并联机器人运动学动力学中图分类号 ×° 文献标识码ΡΕΧΕΝΤΔΕςΕΛΟΠΜΕΝΤΑΝΔΧΥΡΡΕΝΤΣΤΑΤΥΣΟΦΣΤΕΩΑΡΤΠΛΑΤΦΟΡΜΡΕΣΕΑΡΧΗ≤ ∞ ÷∏ 2 ≤ ∞ 2 2¬ ∏ΜεχηανισμΕλεχτρονιχΕνγινεερινγσπεχιαλτψ ΗαρβινΙνστιτυτεοφΤεχηνολογψΑβστραχτ × √ ∏ ∏ ≥ • ∏ ∏ ∏Κεψωορδσ1引言 Ιντροδυχτιον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与目前广泛应用的串联机器人在应用上构成互补关系因而扩大了整个机器人的应用领域∀并联机器人可以作为航天上的飞船对接器!航海上的潜艇救援对接器工业上可以作为大件的装配机器人!精密操作的微动器∀近年来还研究将它用作虚拟轴加工中心以及毫米级的微型机器人等可以预见这类机器人在世纪将有广阔的发展前景∀它的复杂的机构学问题属于空间多自由度多环并联机构学理论这一新分支这项理论是随着并联机器人研究而发展起来的他不仅直接针对并联机器人对于随机器人高技术发展起来的多机器人协调!多足步行机!多指多关节高灵活手爪等构成的并联多环机构学问题都具有十分重要的指导意义∀最早在年≥ 提出利用自由度并联机构作为飞行模拟器用于训练飞行员≈ ∀从结构上看他使用根支杆将上下两平台连接而成根支杆都可以独立的自由伸缩分别用球铰和虎克铰与上下平台连接这样上下平台就可以进行个独立运动具有六个自由度称为≥ 平台图是典型的 2 的≥ 平台机构∀ 年澳大利亚著名机构学教授 ∏ 提出可以应用自由度的≥ 2 平台机构作为机器人机构≈ ∀到年代中期国际上研究并联机器人的人还寥寥无几仅有 ⁄ 2 !∞ !ƒ !≠ ! !⁄∏ !× 等数人出的成果也不多∀到年代末特别是年代以来并联机器人才被广为注意并成了新的热点许多大型会议均设多个专题讨论国际上的著名学者有• 2 ! ! !ƒ ! ! !≥∏ 2 ! ! ∏ 等∀仅年就有多篇这方面的文章发表∀本文将根据掌握的大量并联机器人文献对其在运动学!动力学!机构性能分析等方面的主要研究成果!进展进行阐述并以此来确定并联机第卷第期年月机器人ΡΟΒΟΤ∂≥Ξ收稿日期器人的研究趋势和这一领域尚未解决的问题∀图典型的 2≥°≥并联机构ƒ × 2≥°≥2 运动学 Κινεματιχσ运动学研究内容包括位置正解!逆解∀速度!加速度分析两部分内容∀位置正解就是给定根杆长确定平台的位姿∀位置逆解就是给定平台的位姿确定根杆长∀与串联机器人相反并联机器人位置逆解比较容易而正解非常复杂∀在上下平台带有和个不同连接点的特定的结构被指定为 ∗ 型≥ 平台机构最简单的就是 2 型八面体结构而一般的就是 2 型≥平台机构∀2 1 位置正解世纪年代后期到年代中期位置正解在≥ 平台机构研究领域处于核心的位置∀机构学研究者一开始就从数值解法和解析解法两个方向展开大量的研究并取得了一系列进展∀2 1 1 位置正解的数值解法数值解法数学模型简单可以求解任何并联机构但是不能求得机构的所有位置解∀学者们使用了多种降维搜索算法来获得位置正解∀他们通过几何的和算法的手段把问题简化成为个方程组的求解通过维搜索得到了全部的实数解≈ ∗ ∀ 2和°2≤ ≈也提出了找到所有实数解的一维搜索算法∀这一算法是通过一条假想的可变长度的连杆临时取代普通 2 平台机构的一条连杆把它变成 2 平台机构通过文献≈ 的特殊方法求解修改后的结构并在加上最初移走的连杆的约束从而求得全部的实数解∀⁄ ∏ 和∏ ∏ 提出了预测∗校正算法这一方法使用一有效的维搜索法从纯几何角度考虑捕捉实数解≈ ∀数值算法中牛顿2辛普森法是一类计算效率较高的算法∀ 改进的牛顿2辛普森法在主频兆赫的 ⁄÷处理器上运行一次正解迭代需 2毫秒≈ ∀ ∏ ∏的经典牛顿2辛普森法在主频兆赫的° ∏ 计算机上计算自由度并联机构位置正解次迭代大约要毫秒∀他指出对于自由度的≥ 平台机构计算时间大约会是倍即毫秒≈ ∀ 的经典牛顿2辛普森法在≥ 2 工作站上计算正解经次迭代大约需毫秒≈ ∀以上所有的数值方法仅在寻找实数解是有用的对应于实际的结构不能用于预测所有解的个数∀为了获得所有的解必须在复数域内确定方程的解∀√ 提出了实现这一目标的最成功的数值解法他以多边形系统形式给出了公式表达式通过的方法来求解≈∀在复数域内找到了个解他得出结论是一般情况的解个数上限是后来这个结论由下面讨论的分析方法证实了∀年代国内学者们也进行了大量的研究∀燕山大学的黄真等对 2≥°≥机构通过部分输入转换的方法将该机构的位置正解问题由六维降为三维经巧妙的数学处理直接得出了速度!加速度反解表达式从而简化了机构的运动分析≈ ∀西南交大陈永等提出了一种基于同伦函数的新迭代法不需选取初值并可求出全部解≈ ∀该方法用于求解一般的 2≥°≥并联机构的位置正解较方便的求出了全部组解∀华中理工的李维嘉采用虚拟连杆将难于求正解!甚至无法求正解的机构简化成与之相近的!易于求正解的的 2 结构形式把得出的 2 型的正解作为求这类机构正解的初始值通过极少次迭代得出了其正解的全部精确值≈ ∀工程兵工程学院刘安心等研究了上下平台均不为平面的最一般 2≥°≥并联机构位置正解∀他建立了含六个变量的位置正解方程组利用四元齐次化法跟踪条同伦路径求出了全部组位置正解≈ ∀国内研究关于计算时间还没有文献提到∀2 1 2 位置正解的解析解法解析解法能够求得全部的解输入输出的误差效应可以定量地表示出来并可以避免奇异问题在理论和应用上都有重要的意义∀国内外学者求解正解的解析解都是采用从特殊构型到一般构型的思路进行的∀求解特殊构型是从上!下平台的铰链点至少有一个少于的较简单的特殊构型开始的∀国外学者求解大致有三种方法∀第一种是基于球面杆机构第卷第期陈学生等并联机器人研究的进展与现状输入输出方程进行的∀最初用来求解 2 型并联机构位置正解后来又拓展到更复杂的情况如 2 2 2 等≈ ∗ ∀第二种方法是先去掉上平台然后确定支杆与上平台结合点的轨迹最后使用上平台的形状作为约束条件推导出正解方程并进一步化简≈ ∗ ∀第三种方法与第二种略有不同是将整个结构的一个分支转化为等价的串联机构再加上其余分支对其关节角度的约束来获得方程≈ ∗ ∀应用这些特殊的方法求出了从最简单的 2 到复杂一些的 2 ! 2 等机构的封闭形式位置正解∀最复杂的情况最多有组解∀还有一些学者研究发现当上平台或下平台各自的铰链点具有共线性以及上下平台铰链点构成的多边形具有部分相似性时正解求解也相对容易些并给出了相应的正解解析解≈ ∗ ∀ƒ ∏ 和在前人分析结果和结论的基础上按照不同的结合方式详细化分了≥ 平台机构的所有 ∗ 型根据带有最大可能解的数目列举了相应的种结构类型≈ ∀国内正解解析解研究主要是北京邮电大学机械学研究所进行的∀ 年代末研究人员开始了并联机器人机构位移分析的工作∀他们从简单!特殊的并联机构开始首次获得 2×°≥! 2 ≥°≥台体机构位置正解∀随后又分别获得 2 型! 2 型机构! 2 台体机构! 2 型机构和 2 型! 2 型机构位置正解并验证了机构解的数目≈ ∀ 年末文福安!李静宜和梁崇高在借鉴前人经验的基础上用坐标点描述机构平台在空间的位姿用基本距离和相对位置系数描述机构的结构参数利用计算机代数系统 ∞2⁄ ≤∞! ∏ × 和作为有力工具终于推导出了一般 2 平台机构的一元高次的输出方程≈ ∀在解决并联机器人机构位移分析这一重要课题上中国人走在了世界的前列∀此外北京工业大学的饶青等利用机构的几何等同性原理建立正解的基本方程最后推导出了一个阶的一元位移输入输出方程从而得到了封闭正解≈ ∀研究者们的结果都得出正解最多有组解但是到目前为止还没有发现具有组实数解的并联机构∀≥ 和° 研究的 2≥≥耦合器曲线与≥ 平台机构装配模式的一致性可能是很有希望的出发点≈ ∀2 1 3位置正解的其他解法在线控制要求首先在所有可能解中一个满足实际情况的解能明确确定然后求解的速度要足够快∀为满足这两方面的要求学者们一方面利用附加传感器来解决解的不确定问题另一方面采用解耦和线性化方法加快计算速度≈ ∗ ∀还有一些学者如和等探索了神经网络方法来求≥ 平台机器人的位置正解≈ ∀神经网络通过利用逆解结果训练学习实现从关节变量空间到机器人工作空间的复杂非线性映射关系避免了求解位置正解时公式推导和编程计算等繁杂的过程故求解计算简单∀加之神经网络计算有并行特点使得利用∂ ≥ 技术制造ƒ °求解器成为可能从而可以达到更高的求解速度从根本上解决ƒ °的实时求解因此是一种很有前途的方法∀但多解性问题奇异性还没有解决有待进一步研究∀2 2速度和加速度分析速度和加速度分析最早是在ƒ 和的文献中见到≈ ∀他们研究发现≥ 平台机构力的正变换是直接的线性映射关系可以用 ≅ 矩阵表示∀其实就是传统意义的雅可比矩阵∀ƒ 通过的线性变换导出了逆速度运动学公式通过的转置获得了正向运动速度运动学∀加速度运动学也可以类似的处理得到∀由于速度运动学能直接用于微分运动和已经将它用于关节的精度分析≈ ∀燕山大学黄真教授利用影响系数法对并联机构的速度加速度进行了分析≈ ∀机构的一阶影响系数就是传统意义的雅可比矩阵∀影响系数法能够以简单的显式表达式表示机构的速度!加速度!误差和受力等另外还可以从分析影响系数矩阵入手深入分析机构的一些性能如奇异性!驱动空间与工作空间的映射!灵活度!各向同性及可操作度等∀而影响系数矩阵本身计算比简单因此影响系数法是一种较好的机构分析方法∀3动力学与控制 Δψναμιχσανδχοντρολ 与大量的运动学文献相比关于动力学的文献相对要少得多∀早期进行动力学的讨论是ƒ 和在忽略连杆的惯性和关节的摩擦后得出了≥ 机器人的动力学方程≈ ∀≥∏ 通过分析关节约束反力的方法分析了≥ 机器人的逆动力学方程但是文献中缺乏动力学条件的详细推导≈ ∀⁄ 和≠ 通过 2∞∏ 法在假定关节无摩擦各支杆为不对称的细杆即重心在轴上且饶轴向的转动惯量可以忽略条件下完成了≥ 2 机器人的逆动力学分析≈ ∀ 和 ∏在简化机器人年月了机构的几何和惯性分布后推导出了机器人的 2 方程≈ ∗ ∀ 分析了≥ 机器人腿的惯性对动力性能影响≈ ∀对于具有一般结构和惯量分布的≥ 机器人 ⁄ ∏ 和 ∏ ∏ 推导出了完整的逆动力学方程并利用 2∞∏2 法建立了一个高效的算法能够很好的应用于并联机器人的动力学计算≈ ∀他们运用此法得出了 2 °≥和 2°≥≥型≥ 机器人封闭的动力学方程≈ ∀ 指出由于机构结构的并联特点并行计算方案可以很好的应用到并联机构的计算问题中去≈ ∀任务空间的动力学公式利用 2∞∏ 法将能够很好的用于一般的并联机器人也可以用于其他类型的并联机器人∀≥ 平台机器人的控制也很少有文献报道几乎是尚未解决的领域∀现有的试验样机也都是把各个自由度当成完全独立的系统采用传统的° ⁄控制控制效果不够理想∀为使并联机器人能进入实际应用阶段对其控制理论!控制系统与技术还需做进一步深入的研究∀即截至目前关于并联机器人的动力学和控制研究还没有完全开展起来∀尽管机器人完整的动力学公式已经有了但关于他的动力特性的结论很少∀现在也还没有研究出能够充分利用并联结构特点的控制策略∀4机构性能分析 Μεχηανισμπερφορμανχεσαναλψσισ4 1奇异形位分析当机器人机构处于某些特定的形位时其雅可比矩阵成为奇异阵行列式为零这时机构的速度反解不存在机构的这种形位就称为奇异形位∀当并联机构处于奇异形位时其操作平台具有多余的自由度机构将失去控制因此在设计和应用并联机器人时应避开奇异形位∀实际上机器人不但应该避开奇异形位而且也应该避免在奇异形位附近的区域因为当机器人工作在奇异形位附近时其运动传递性能也很差∀因此奇异形位分析对机器人的应用具有重要意义∀机构的奇异形位可以通过分析机构的雅可比矩阵行列式等于零的条件求的 ƒ 和曲义远等发现≥ 平台机构的奇异形位是上平台相对下平台转过度的位置≈ ∀ 等通过机构的速度约束方程把并联机构的奇异形位分为边界奇异!局部奇异和结构奇异三种形式≈ ∗ ∀另一种有效的方法是线几何法它通过线丛和线汇的特性来判别机构的奇异形位直观且能找出所有的奇异形位≈ ∀要完整的描述奇异形位的特征就必须在≥ 2 机器人六维的任务空间中参数化的表示出整个奇异超曲面∀只有这样才有可能描述出由奇异超曲面分割的工作空间各区域的边界进而描绘出奇异点在工作空间中限制机构可控性的程度∀但这样的描述非常困难目前还没有文献发表∀在应用中的实际问题是如何在执行任务时规划出路径避开奇异区域∀更普遍的是在两位置点中间规划出能够避开奇异区域的路径∀ 等通过在奇异区域附近重新构造一预先规划的路径从而避开了≥ 平台的奇异点≈ ∀⁄ ∏ 和 ∏ ∏ 用公式表述了≥ 平台机构的无奇异点的路径规划问题提出了在工作空间中规划理想路径的策略≈ ∀然而判断符合其策略的理想路径的存在性问题还没有严格的准则可用∀奇异形位的影响及避免问题其它并联机器人与≥ 平台机器人在概念上是相似的∀4 2误差分析和补偿机器人的操作精度是衡量机器人工作质量优劣的主要指标之一∀并联机构的实际位姿与指令位姿间的偏差称为并联机构的位姿误差∀由于并联机构属于空间并联闭链机构误差分析相当困难尚需探讨的问题还比较多实际应用的理论和方法就更少了∀关于并联机器人误差分析的文献也相当有限∀佛罗里达大西洋大学的机器人中心的 ∏ ! 和• 等进行了一些研究∀ 年 • 和分析了加工误差!安装误差和连杆偏置对机器人精度的影响并提出采用参数识别进行误差补偿≈ ∀ 年 ∏ 利用附加传感器实现了并联机器人的自校准系统≈ ∀国内东北大学的邹豪!王启义等从并联机构与串联机构的运动学等效出发提出了并联机构位姿误差放大因子分析法≈ ∀位姿误差因子能对误差定量分析可用于机构参数优化和结构精度分析∀燕山大学的黄真和杨建中利用影响系数法分析了机构的误差并开发出了并联式机器人误差补偿器≈ ∀这个补偿器的原理是等于年提出的∀4 3工作空间及灵活度分析工作空间是并联机器人的工作区域是衡量机器人性能的重要指标根据操作器工作时的位姿特点工作空间可分为可达工作空间和灵活工作空间≈ ∀可达工作空间是指操作器上某一参考点可以到达的所有点的集合他不考虑操作器的位姿∀灵第卷第期陈学生等并联机器人研究的进展与现状活工作空间是指操作器上某一参考点可以从任何方向到达的点的集合∀并联机器人工作空间的解析求解是一个非常复杂的问题它在很大程度上依赖于机构位置解的研究成果至今仍没有完善的方法这一方面的文献也有限∀对于比较简单的平面并联机器人工作空间可以解析表达≈ ∗ 而对于空间并联机器人目前还只有数值解法≈ ∀ƒ 采用固定个位姿参数中的个姿态参数和一个位置参数而让其他两个变换研究了自由度并联机器人的工作空间≈ ∀ 则利用圆弧相交的方法来确定自由度并联机器人的定姿态工作空间并给出了工作空间的维表示此法以求工作空间的边界为目的效率较高且可以直接计算工作空间的体积≈ ∀ 等同时考虑到各关节转角的约束!各杆长的约束和机构各构件的干涉来确定并联机器人的工作空间且采用数值积分的方法计算工作空间的体积比较接近实际≈ ∀除了找到工作空间一个实际的应用问题是确认工作空间对任务轨迹的包容性问题∀对此在定姿态直线运动和位置随姿态角线性变化的直线运动两种情况下进行了阐述它的方法对前者是精确的对于后者则是近似处理的≈ ∀当机器人机构接近奇异形位时其雅可比矩阵将成为病态矩阵此时雅可比矩阵的逆矩阵精度降低从而使得机构的输入与输出运动之间的传递关系失真衡量这种失真程度的指标就是灵巧度∀≥ 2 ∏ 等提出了采用雅可比矩阵的条件数来作为机器人的灵巧度≈ ∀它是大于或等于的实数∀当条件数等于时机构处于最佳的运动传递性能称机构的这一形位为运动学各向同性∀当雅可比矩阵的条件数是无穷大时机构处于奇异位形∀≠ 则将雅可比矩阵与其转置的乘积的行列式的值定义为机器人的可操作度用来衡量操作器的灵巧性≈ ∀当机构处于非奇异形位时可操作度就是雅科比矩阵的行列式的值当机构处于奇异形位时可操作度为 ∀实绞上由于矩阵行列式的值并不能代表矩阵求逆的精度和稳定性用可操作度衡量机构的灵巧性有一定的缺陷∀矩阵的条件数定量的表示矩阵求逆的精度和稳定性因此用矩阵条件数来表示机器人的灵巧性比较合理≈ ∀≥ 平台机器人工作空间和灵巧度分析的主要难点在机器人位置和姿态具有强烈的耦合性∀在六维空间完整的描述工作空间的边界仅仅只是可能的因为六维空间很难建立更难实际应用于设计∀实际应用中以下几个问题更具有实际意义给定姿态参数或者在三维空间给定姿态角的范围机器人的位置工作空间是什么给定位置参数或者在三维空间给定位置参数的范围机器人的定向能力是什么给定一条轨迹它是否都在工作空间之内此问题与奇异性分析相联系更好因为实际上工作空间被奇异超曲面分成了几个部分无法完全使用∀这是关于工作空间的三个极富挑战性的分析问题相应的工作空间综合问题就是确定≥ 平台机器人的运动学几何结构使得在给定的三维区域内机器人非奇异的工作空间部分具有给定的边界同时具有给定的定向能力∀这是关于≥ 机器人的困难而又吸引人的设计题目必将吸引研究者们向着优化设计的方向努力探索∀ 在这方面已经提出了一种值得称道的方法他在做出一些简化假设后把这一问题分成两步解决≈ ∀首先在参数空间确定出满足工作空间要求的可行域然后在可行域中利用数值方法搜索最优解∀她已经将这一方法应用到机器人工作空间的综合问题上了≈ ∀该机器人所需的工作空间是由一系列的空间点和线段给定的∀这一方法如果可以推广将可望实现≥ 2 机器人真正的工作空间优化综合∀5一些尚未解决的问题 Σομεοπενπροβλεμσ 纵观并联机器人的文献可以清楚地看到对于运动学静力学已经作了大量的工作研究的比较清楚了对动力学和控制研究的较少对于奇异形位!工作空间和灵巧度分析许多问题已经有了不完整的答案对于系统性的设计并联机器人也少有研究这方面的研究对于发挥并联机器人的潜在能力至关重要∀以下是并联机器人研究领域一些尚未解决的问题∀他们也很可能在近期引起人们的研究兴趣∀在动力学与控制方面探索特殊的控制策略使其能够充分利用机构的并联特性提高性能推导出并联机器人系统关于能控性与能观性的理论结果探索力冗余度≥ 平台机器人的冗余度解决方案∀机器人年月在工作空间和奇异性方面提出一种详尽而又易于使用的工作空间的描述方法建立各种奇异性特征的完整描述研究各种奇异性对工作空间的分割情况≥ 平台机器人的工作空间综合给定末端位姿非奇异路径存在性判定准则的建立在设计方面基于良性工作空间 2 的≥ 机器人的运动学优化综合开发力冗余度并联机器人并研究其特性比较冗余度与非冗余度并联机器人的性能优劣分析冗余度代价 ∏ ∀6结论 Χονχλυσιον并联机器人作为一种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与目前广泛应用的串联机器人在应用上构成互补关系这类机器人在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∀参考文献 Ρεφερενχεσ≈ ≥ ⁄ ¬ ° ∞ ° 180≈ ∏ ≤ ° ¬≈ ≤ ° 2≤ ∂ ≈ ≤ ° 2≤ ∂ ° ∞∞∞ ≤ 2√ °≈ 2 ∏ ∂ ∞ ° ≥ × 2 ⁄ 2≈ ≤ ° 2≤ ∂ × ≥ ∞ ⁄≈ ≤ ° 2≤ ∂ × ≥ ∞ ⁄≈ ⁄ ∏ ∏ ∏ ×≥ × 31≈ ° ⁄ • ∏ ∏ ≥ ≥ 13≈ ∏ ∏ ×∏ ≥ √ 2 ∏ ≥13≈ ° ° ∏ ∏ ∏2° ≤ √≈ √ × ≥ ∞ ⁄≈ ≥ √ ° ≥ ∏ ≤ ∏ ∞ ≥ ° ° 2 ∞ ≤≈ 黄真孔宪文 2≥°≥并联机器人机构运动分析东北重型机械学院学报 16≈ 陈永严静同伦迭代法及应用于一般 2≥°≥并联机器人机构正位置问题机械科学与技术 16≈ 李维嘉六自由度并联运动机构正向解的研究华中理工大学学报 25≈ 刘安心杨廷力求一般 2≥°≥并联机器人机构的全部位置正解机械科学与技术 15≈ ⁄∏ ≥ 6≈ • ⁄∏ × ≥ ∞ ⁄ 114≈ • ≤ ≤⁄ ⁄∏ × ≥ ∞ ⁄ 116≈ ≤ ° 2≤ ∂ × 25≈ ∏ ° • ∏ ∂ ∞∞∞× ∏26≈ ∏ ∂ • × ≥ ∞ ⁄ 114≈ ° 11≈ ≤ ÷ ≥ ≥ × ≥ ∞ ⁄ 116≈ ± ≥ √ ⁄ ∞ ≥•∞ ° ∞ 2 209 ° ≤≈ ≤ × ≥ ∞ ⁄ 117≈ ≤ ° 2≤ ∂ ≤ ≥ 2 ƒ× ≥ 2 ∏ × ° ∏ 2≈ ≤ ° 2≤ ∂ × ≥ ∞ ⁄ 115≈ ≤ ° 2≤ ∂ × 28≈ ∏ • × ≥ ∞ ⁄ 116≈ • × 29≈ ≤2 ≥ ≥ ° ∞∞∞ ≤ ∏≈ ∏ • ≥ ≥ 2 ≥ ∞2≈ ≠ ° ≤ × 29≈ ≥ √ ≥∂ • ∏ ° ×29≈ ƒ ∏ e ≤ ⁄ × 30≈ 文福安梁崇高廖启征并联机器人机构位置正解中国机械工程 10≈ 文福安李静宜梁崇高一般 2 型平台并联机器人机构位置正第卷第期陈学生等并联机器人研究的进展与现状。

2024年并联机器人市场分析现状

2024年并联机器人市场分析现状引言并联机器人是一种在机器人领域内逐渐崭露头角的技术，其具备高精度的运动控制能力和灵活多变的工作空间。

由于其在多个领域中的广泛应用，如制造业、医疗领域和服务行业等，使得并联机器人市场呈现出迅速发展的趋势。

本文将对并联机器人市场的现状进行分析，并探讨市场的发展趋势。

市场规模分析近年来，并联机器人市场呈现出良好的增长势头。

根据市场研究机构的数据显示，全球并联机器人市场规模在过去五年间以每年平均15%的速度增长。

预计到2025年，全球并联机器人市场规模将达到200亿美元。

应用领域分析制造业制造业是并联机器人市场的主要应用领域之一。

在制造业中，并联机器人可以实现高精度、高速度的零部件组装，提高生产效率和产品质量。

尤其是在汽车制造业和电子产品制造业中，并联机器人的应用已经取得了显著成果。

医疗领域并联机器人在医疗领域中也得到了广泛的应用。

例如，在手术领域中，通过使用并联机器人进行精细的手术操作，可以减小手术风险和创伤。

此外，医疗机器人还可以用于康复训练和辅助护理等方面。

服务行业随着人口老龄化问题的日益突出，服务行业对于并联机器人的需求也在增加。

并联机器人能够代替人工从事繁重、危险或重复性工作，如物流搬运、餐饮服务等。

这不仅提高了工作效率，还减轻了劳动力压力。

市场竞争格局分析并联机器人市场竞争格局相对较为集中，少数几家企业占据了市场的主导地位。

这些企业通常具备较强的技术研发实力和生产能力，在产品质量和性能上具备竞争优势。

此外，由于并联机器人技术的复杂性，进入门槛较高，新进入者在市场上的竞争力较弱。

市场发展趋势分析技术创新驱动市场发展随着科技的不断进步，新一代的并联机器人产品不断涌现。

新技术的应用，如人工智能、传感技术和虚拟现实等，为并联机器人市场带来了更多的机会和挑战。

技术创新将继续推动市场的发展。

个性化定制需求增加随着制造业的发展，个性化定制的需求日益增加。

并联机器人具备高度灵活性和可编程性，可以满足不同用户的个性化定制需求。

国内并联机器人现状及未来发展趋势

国内并联机器人现状及未来发展趋势根据大量国内并联机器人文献，介绍了国内并联机器人的机构学、运动学、动力学、控制策略以及仿真等方面的主要研究成果，并阐述了我国并联机器人未来发展的方向以及尚待解决的问题。

标签：并联机构并联机器人并联机器人无论是从结构上还是功能实现上都是一种新型机器人。

并联机器人具有精度高、刚度大、惯性小、承载能力高、运动反解模型简单、操作速度高、易于控制等特点，因此，其应用范围从最初的飞行模拟器到近几年来的宇宙飞船空间对接器、精密操作微动机器人以及虚拟轴加工车床等。

现在并联机器人的研究吸引了越来越多的科研学者，其应用范围也在不断的扩大。

1965年，英国高级工程师Stewart首先提出了一种6自由度的并联机构作为飞行模拟器用以训练飞行员。

从结构上看，它是由6根支杆将上下平台联结起来，这6根支杆都可以独立地自由伸缩，它们又分别用球铰与上下平台联结，这样上平台就可以相对于下平台实现6个自由度地动作，即在三维空间内可以作任何方向地移动和绕任何方向、位置的轴线转动。

1978年，澳大利亚的Hunt教授指出这种机构更接近于人体的结构，可以将此平台作为机器人机构。

在20世纪90年代之前，当国际上的许多研究人员开始把研究重心从串联机器人转向并联机器人时，我国的并联机器人研究人员还寥寥无几，比较著名的有黄真、孔令富、方跃法等。

在那之后，尤其是近5年，国内诸多学者才开始对这种特殊的机构进行深入细致的研究，包括其机构学、运动学、动力学、控制策略以及仿真实现等，本文将根据大量国内相关文献对这些方面的研究成果进行总结介绍，并对我国并联机器人未来发展的方向以及尚待解决的问题进行阐述。

1、机构学与运动学并联机器人的机构学与运动学主要研究并联机器人的运动学、奇异形位、工作空间和灵活度分析等方面，这是实现并联机器人控制和应用研究的基础。

（1）、运动学运动学研究的内容包括位置正解和逆解两方面。

位置正解就是根据给定的关节变量求机器人手部位姿，逆解就是根据机器人手部位姿求各关节变量。

并联机器人研究现状及展望

０引言转ຫໍສະໝຸດ 副转角：由于铰链受限于机构自身，则其转角须满足＝＜
。（３）
１９４９年，数学家Ｇｏｕｇｈ为了更好地检测轮胎，提出了一种并联机解法方法主要有解析方法、作图方法及数值法。解析法比较繁琐，而构的机器。１９６５年英国科学家Ｓｔｅｗａｒｔ在 “ ＡＰｌａｔｆｏｒｍｗｉｔｈＳｉｘＤｅｇｒｅｅｓ且受机构位置解的科研成果影响较大，目前为止该法还没完善；作图ｏｆＦｒｅｅｄｏｍ文中提出了一种６自由度可用在飞行模拟器的Ｓｔｅｗａｒｔ平法较粗糙，一般用在设计过程的方案比较中；几何法是在受杆长的极台机构。澳大利亚学者Ｈｕｎｔ在１９７８首次提出把Ｓｔｗａｅｒｔ平台机构看作限约束和给出运动平台姿态时，设想单开链终端杆的参考点轨迹是一是机器人机构。燕山大学黄真教授在１９９１年成功研制出国内第一台６个球面，将其工作空间的边界构造问题简化为对１２个球面片的求交自由度的并联机器人样机。问题。Ｍｅｒｌｅｔ在这个基础上，将铰链约束引入并做了相似的工作。因
１３３
￣／ｔｓ－ｉ技术
电子技术
并联机器人研究现状及展望
邢燕兵（燕山大学机械工程学院，河北秦皇岛０６６００４）
摘要：并联机器人具有承载力强、刚度大、机构紧凑、精度高、动力性能好、自重负荷比小、惯性力小、易控制等特点。本文是经过查阅大量的文献资料之后，对其运动学、动力学、工作空间、奇异性的主要成就和进展以及对有待解决的问题进行论述。关键词：并联机器人；运动学；动力学；工作空间；奇异性

并联机器人的理论研究现状

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并联机构的提出及特点
对并联机构的研究最早可追溯到１９世纪，１４９９
年Ｇｕｈｏｇ采用并联机构制作了轮胎检测装置，１６９５年英国高级工程师Ｓｅａｔｔｒ发表了名为 “ ｌｆｒｗＡＰａｏｍｔｗｉｉｇｅｓｆｒｅｏ的论文【，引起了广泛ｔＳｘＤｅｒｓｅｄｍ” ｈｏＦ２１的注意，从而奠定了他在空间并联机构中的鼻祖地位，相应的平台称为Ｓｅｒ平台（图ｌ示）ｔｗａｔ如所。
根支杆可以独立地上下伸缩，它分别由球铰和虎克
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图１Ｓｅａｔｔｗｒ平台结构简图
并联机器人的研究现状
目前，国内外关于并联机器人的研究主要集中于机构学、运动学、动力学和控制策略研究等几个领域。其中并联机器人的机构学与运动分析主要研究并联机器人的运动学问题、奇异位形、工作空间和灵巧度分析等方面。这项研究是实现并联机器人控制和应用研究的基础，因而在并联机器人的研究
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并机人的论究状联器理研现
文献标识码：Ｂ文章编号：１００３—０９（０２０４２２０）５—０４ —００２４中图分类号：Ｔ２Ｐ４
博览采风
并联机器人的理论研究现状
王洪斌，魏立新，王洪瑞
联机器人具有【以下优点：①与串联机构相比，刚度１
大，结构稳定； ② 承载能力强； ③精度高； ④ 运动惯性小； ⑤ 在位置求解上，串联机构正解容易，反

并联机器人研究的进展与现状

文章编号:1002-0446(2002)05-0464-07并联机器人研究的进展与现状X陈学生　陈在礼　孔民秀(哈尔滨工业大学机械电子工程教研室　哈尔滨　150001)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。

本文根据掌握的大量并联机器人文献,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。

关键词:并联机器人;运动学;动力学中图分类号:　T P24 文献标识码:　BRECENT DEVELOPMENT AND CURRENT STATUSOF STEWART PLATFORM RESEARCHCHEN Xue-sheng　CHEN Zai-li　KONG M in-x iu(M echanism E lectronic Eng ineer ing spe cialty,H arbin I nstitute of T echnology,150001)　Abstract:T he r ecent dev elo pm ent and curr ent status of the St ewar t platfor m r esea rch ar e descr ibed her e.W ith the discussio ns o f some o f the recent r esults o n kinema tics,dy namics,perfo rmance analy sis,the open pr oblems in parallel manipulator resear ch are identified.　Keywords:stew art platfor m,kinematics,dynamics,per for mance analy sis1　引言(Introduction)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,与目前广泛应用的串联机器人在应用上构成互补关系,因而扩大了整个机器人的应用领域。

并联机器人的研究现状与发展趋势

并联机器人的研究现状与发展趋势并联机器人的研究现状与发展趋势1、关联机构的提出及特点1965年，德国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[1]。

澳大利亚著名机构学教授Hunt于1978年提出将并联机构用于机器人手臂[2]。

随后，Maccallion和Pham.D.J首次将该机构按操作器设计，成功的将Stewart机构用于装配生产线，标志着真正意义上的并联机器人的诞生，从此推动了并联机器人发展的历史。

典型的Stewart并联机器人如图1所示。

相对于串联机器人来说，并联机器人具有[3]以下优点：①与串联机构相比，刚度大，结构稳定；②承载能力强；③精度高；④运动惯性小；⑤在位置求解上，串联机构正解容易，反解困难，而并联机器人正解困难，反解容易。

由于并联机器人的在线实时计算是要求计算反解的，这对串联机构十分不利，而并联机构却容易实现，由于这一系列优点，因而扩大了整个机器人的应用领域。

2、并联机器人的研究现状自1987年Hunt提出并联机器人结构模型以来，并联机器人的研究受到许多学者的关注。

美国、日本先后有Roney、Ficher 、Duffy 、Sugimoto等一批学者从事研究，英国、德国、俄罗斯等一些欧洲国家也在研究。

国内燕山大学的黄真教授自1982年以来在美国参加了此项内容的研究，并于1983年取得了突破性进展。

迄今为止，并联机构的样机各种各样，包括平面的、空间不同自由度的、不同布置方式的、以及超多自由度并串联机构。

大致来说，60年代曾用来开发飞行模拟器，70年代提出并联机器手的概念，80年代来开始研制并联机器人机床，90年代利用并联机构开发起重机，日本的田和雄、内山胜等则用串联机构开发宇宙飞船空间的对接器。

此后，日本、俄罗斯、意大利、德国以及欧洲的各大公司相继推出并联机器人作为加工工具的应用机构。

我国也非常重视并联机器人及并联机床的研究与开发工作，中国科学院沈阳自动化研究所、哈尔滨工业大学、清华大学、北京航空航天大学、东北大学、浙江大学、燕山大学等许多单位也在开展这方面研究工作，并取得了一定的成果。

两种并联机器人的机构性能分析与运动控制研究

提升并联机器人的智能化程度
通过引入先进的控制算法和传感器技术，提高并联机器人的智能化程度，使其能够更好
地适应复杂多变的应用环境。
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模型验证与修正
通过实验验证运动学模型的准确性和可靠性，根据实际表现对模型进行修正和完善。
04
运动控制方法研究
传统控制方法
PID控制
PID控制是一种经典的控制方法，通过调整比例、积分和微分三个参数来控制系统的误差，广泛应用于各种工业控制系统中。
模糊控制
模糊控制是一种基于模糊逻辑理论的控制方法，通过模糊化输入变量，并根据专家经验制定模糊规则，实现系统的控制。
设备介绍
介绍实验所使用的并联机器人型号，包括设备的尺寸、重量、负载等参数，以及设备的结构特点和工作原理。
平台搭建
详细描述实验平台的搭建过程，包括设备的安装、调试和验证，以确保实验的可靠性和准确性。
运动控制程序编写与调试
控制器选择
根据实验需求选择合适的控制器，包括控制器的型号、参数设置等。
控制算法设计
目前，国内外学者针对并联机器人的机构性能分析和运动控制进行了深入研究，提出了许多有效的算法和控制
策略。
随着计算机技术、传感器技术和人工智能技术的不断发展，并联机器人的应用领域不断拓展，其在工业自动化、医疗康复、航空航天等领域的应用
越来越广泛。
研究目的与内容
本研究旨在通过对两种并联机器人的机构性能进行分析，探究其运动控制方法，为并联机器人的性能优化和应用拓展提供理论依据。
控制器设计
包括控制策略、轨迹规划、运动学逆解等。
03
两种并联机器人的机构性能分析
结构优化设计

并联机器人的研究和应用进展

并联机器人的研究和应用进展随着科学技术的不断进步，机器人技术也日新月异。

其中，并联机器人作为机器人技术的一个重要分支，在各个领域中发挥着越来越重要的作用。

本文将探讨并联机器人的研究和应用进展，以展示这一领域的最新成就和前景。

## 1. 简介并联机器人，又称并联机构机器人，是一类具有多个执行器连接到同一终端执行器的机器人系统。

这种机器人具有独特的机构和控制方法，使其在许多应用领域中具有广泛的潜力。

现在，让我们深入探讨并联机器人技术的研究和应用进展。

## 2. 研究进展### 2.1 动力学建模在并联机器人的研究领域，动力学建模一直是一个重要的课题。

近年来，研究人员取得了显著的进展，以更好地理解这些机器人系统的动力学特性。

通过精确的数学建模和仿真，他们能够优化控制算法，提高机器人的性能和精度。

### 2.2 传感技术传感技术在并联机器人的应用中起着关键作用。

随着传感器技术的不断改进，机器人可以更好地感知其周围环境，实现更高级别的自主操作。

视觉、力觉和红外传感器等先进传感器的应用使机器人更加适应各种任务，包括协作制造和医疗手术。

### 2.3 控制方法并联机器人的控制方法也在不断发展。

传统的PID控制方法已被更先进的控制算法所取代，如模糊逻辑控制、神经网络控制和强化学习等。

这些新方法使机器人在复杂任务中表现更加出色，提高了其自主性和适应性。

### 2.4 软硬件集成随着计算机和机器人硬件的不断进步，软硬件集成变得更加紧密。

现代并联机器人系统通常使用高性能计算机和实时控制器，以确保其在高速、高精度任务中的卓越性能。

这种集成有助于机器人更好地理解和适应其环境。

## 3. 应用领域### 3.1 制造业在制造业中，并联机器人被广泛应用于装配、焊接、涂装和零部件处理等任务。

它们的高精度和快速执行能力使其成为自动化生产线的重要组成部分。

### 3.2 医疗领域在医疗领域，机器人手术已经成为常规。

并联机器人的高精度和稳定性使其能够执行微创手术，减少患者的恢复时间和风险。

(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。

《并联微动机器人的研究现状及发展趋势》听课报告

《并联微动机器人的研究现状及发展趋势》听课报告燕山大学机自专业前沿讲座报告题目：《并联微动机器人的研究现状及发展趋势》听课报告学院：机械工程学院年级专业：机电学号：学生姓名：指导教师：目录前言 (1)1.1 基本阐述 (1)1.2并联微动机器人国内外研究现状 (1)1.3并联微动机器人应用领域 (2)1.4并联微动机器人的分类及结构特点 (2)1.4.1并联微动机器人的分类 (2)1.4.2并联微动机器人的结构特点 (3)1.5关于柔性铰链的简单阐述 (3)1.6并联微动机器人理论分析方法研究现状 (3)1.6.1微动并联机器人位姿测量方法发展现状及分析 (3)1.6.2微动并联机器人控制方法发展现状及分析 (4)1.7 总结 (5)参考文献 (5)前言通过前沿讲座中老师的精彩介绍，我对机械领域的发展和前景有了更进一步的认识，其中，李仕华教授关于《并联微动机器人的研究现状及发展趋势》引起了我的浓厚兴趣，课下我又查阅了相关资料，对并联微动机器人有了深一层的了解。

1.1 基本阐述首先，并联机构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。

它具有无累积误差，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；工作空间较小的特点。

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。

而微动机器人作为微电子机械系统研究领域的重要分支，受到国内外学者的高度重视，它能够实现亚微米至纳米级的定位分辨率，在精密机械工程、光纤对接、生物和遗传工程、材料科学等领域具有广阔的应用前景。

1.2并联微动机器人国内外研究现状从20世纪80年代末期开始，国内外研究人员陆续研究并提出了多种不同结构的微动机器人，并基于一般机器人理论，针对其样机，进行了相关理论和技术的初步研究。