并联机器人构型方法 (1)
(整理)Delta并联机器人的机构设计1.
零件的设计与选型1 定平台的设计定平台又称基座，在结构中属于固定的，具体的参数见图一，厚度20cm。
定平台的等效圆半径为210mm。
材料选用铸铁，铸造加工，开口处磨削加工保证精度。
最后进行打孔的工艺。
图一定平台设计图具体参数为长* 厚* 宽：880mm*10mm*20mm。
孔的参数为φ10*10mm。
材料用铝合金，设计为杆式，质量小，经济，同时也满足载荷条件。
图二驱动杆的设计图3 从动杆的设计具体参数为长* 宽* 高：620*20*10mm。
孔参数为φ10*10mm。
材料选用铝合金。
图三从动杆的设计图参数如下图，考虑到重量因素，采用铝合金，切削加工。
动平台的等效圆半径为50mm，分布角为21.5°。
图四动平台的设计图5 链接销的设计45号钢，为主动杆和定平台的连接销：φ9*66mm。
6 球铰链的选型目前，大多数的Delta机构的主动杆与从动杆的链接方式为球铰链的链接。
球型连接铰链是用于自动控制中的执行器与调节机构的连接附件。
它采用了球型轴承结构具有控制灵活、准确、扭转角度大的优点，由于该铰链安装、调整方便、安全可靠。
所以，它广泛地应用在电力、石油化工、冶金、矿山、轻纺等工业的自动控制系统中。
球铰链由于选用了球型轴承结构，能灵活的承受来自各异面的压力。
本文选用球铰链设计，是主要因为球铰链的可控性，以及结构简单，易于装配。
且有很好的可维护性。
本文选用了伯纳德的SD 系列球铰链，相对运动角为60°。
7 垫圈的选型此处我们选用标准件。
GB/T 97.1 10‐140HV ，10.5*1.6mm。
8 电机的选型本设计的Delta 机器人，主要面向工业中轻载的场合，比如封装饼干等。
因此，以下做电动机的选型处理。
由于需要对角度的精确控制，因此决定选用伺服电机。
交流伺服电机有以下特点：启动转矩大，运行范围广，无自转现象，正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转，这也是Delta 机构需要的。
并联delta机器人算法演示
具有高刚度、高精度、高速度、高加 速度等优点，同时具有结构紧凑、占 用空间小、运动范围大等优点。
工作原理与结构
工作原理
并联delta机器人的工作原理是基 于并联机构的运动学和动力学特 性，通过控制各运动链的运动， 实现机器人的整体运动。
结构
通常由底座、主动臂、从动臂和 末端执行器等部分组成，其中主 动臂和从动臂通常采用平行四边 形机构或正弦机构。
05
并联delta机器人的未来发展
技术发展趋势
智能化
随着人工智能和机器学习技术的进步，并联delta机器人将更加智 能化，能够自主进行任务规划和决策。
模块化设计
为了满足不同应用场景的需求，并联delta机器人的设计将趋向模 块化，使得机器人的结构和功能更加灵活多变。
新材料应用
新型材料如碳纤维、钛合金等将在并联delta机器人的制造中得到广 泛应用，提高机器人的强度和轻量化。
03
ห้องสมุดไป่ตู้并联delta机器人算法演示
演示准备
硬件设备
01
并联delta机器人、控制器、电源、电脑等。
软件工具
02
机器人算法演示软件、示波器等。
场地准备
03
宽敞的场地，以便于机器人移动和操作。
演示步骤
1. 连接硬件
将并联delta机器人与控制器、电脑等设备连接，确 保电源和信号线连接正确。
2. 启动软件
并联delta机器人算法演 示
汇报人： 202X-01-04
目录
• 并联delta机器人简介 • 并联delta机器人算法 • 并联delta机器人算法演示 • 并联delta机器人算法优化 • 并联delta机器人的未来发展
并联机器人构型方法
=−+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。
i
M L。在{ }
gi
L确定后，§1-3机器人机构构型方法研究现状
机构的创新是机械设计中永恒的主题，人们要设计出新颖、合理、有用的并联机器人机构，不仅要
有丰富的实践经验，而且要熟悉机构的组成原理。机构是由运动副和构件按一定的方式连接而成的。机
构组成原理是机构类型研究的复杂而困难的问题
[75]
。机器人机构学是机器人科学的基础，很多空间机
[106-110]
基于螺旋理论研究了三自由度球面并联机构、三自由度移动并联机构、三移一转四自由
度并联机构和五自由度并联机构的型综合。方跃法和Tsai
[111-112]
运用反螺旋理论综合出一类三自由度球
面并联机构，并描述了动平台具有球面运动的几何条件；并综合出一类由相同支链构成的四自由度和五
自由度并联机构。
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。
并联机器人原理
并联机器人原理1. 引言随着科技的不断发展，机器人在各个领域中的应用越来越广泛。
并联机器人作为机器人领域的一个重要分支，在工业自动化、医疗手术、航天等领域中发挥着重要作用。
本文将介绍并联机器人的原理、结构和应用，并从机构设计、运动学分析、动力学模型等方面进行深入探讨。
2. 并联机器人的定义和分类并联机器人是指由两个以上的机器人并联组成的机器人系统。
根据其结构和运动特点的不同，可以将并联机器人分为平台式并联机器人、串联式并联机器人和混联式并联机器人。
2.1 平台式并联机器人平台式并联机器人由一个移动平台和多个执行器组成，执行器通过机械连接装置连接到移动平台和工作台之间。
它具有高精度、高刚度和高灵活性的特点，在精密加工、装配和仿真等应用中得到广泛应用。
2.2 串联式并联机器人串联式并联机器人由多个运动杆件组成，杆件通过运动副连接在一起，形成一个连续链式结构。
串联式并联机器人通过杆件之间的相对运动实现工作台的运动，具有较大的工作空间和自由度，适用于需要较大工作范围和高精度运动的应用。
2.3 混联式并联机器人混联式并联机器人是平台式和串联式并联机器人的结合，既可以实现平台式并联机器人的高刚度和高精度，又能够实现串联式并联机器人的大工作空间和自由度。
混联式并联机器人在飞行器研究、空间站维修等领域具有广泛应用。
3. 并联机器人的机构设计并联机器人的机构设计是实现其运动特性的关键。
机构设计主要包括支撑结构、传动机构和执行机构。
3.1 支撑结构支撑结构是并联机器人的基础，负责支撑整个机器人系统的重量和载荷。
支撑结构应具有足够的刚度和稳定性，以保证机器人在工作过程中的精度和稳定性。
3.2 传动机构传动机构是实现并联机器人运动的关键组成部分，可以通过齿轮传动、皮带传动、链传动等方式实现。
传动机构应具有较高的传动精度和可靠性，以保证机器人的运动精度和稳定性。
3.3 执行机构执行机构是并联机器人的动力来源，可以是液压驱动、电动驱动或气动驱动等。
并联操作机器人系统设计与实现
并联操作机器人系统设计与实现随着机器人技术的发展，越来越多的机器人应用到了生产制造等领域中。
其中，机器人系统的灵活性及高效性是影响其应用领域的重要因素。
而并联操作机器人系统则凭借其具有的高精度、高稳定性、高效率的特点，被广泛应用于航空航天、汽车、数控加工等领域。
并联操作机器人系统的原理是将多台机器人连接在同一机构下，实现多自由度的运动控制，提高其臂长和载荷等性能指标。
这种机器人系统通常由机械结构、控制系统、传感器和功能模块等多个部分组成。
下文将详细介绍并联操作机器人系统设计与实现的流程和技术要点。
机械结构设计机械结构是并联操作机器人系统的核心部分，直接影响并联操作机器人的运动性能。
机械结构设计的要点包括选择合适的机器人模型、设计连接机构、考虑工作空间、选用适合的臂长及载荷等。
机器人模型选择：目前市面上常见的并联操作机器人有平行机器人、串联机器人和混联机器人等。
平行机器人结构简单，具有高刚性和稳定性；串联机器人理论上具有无限多自由度，能够进行更加复杂的运动；混联机器人则兼具两者优点，但设计难度较大。
根据不同的工作要求和实际情况选择合适的机器人模型。
连接机构设计：连接机构是并联操作机器人系统的核心，主要包括主机架、机械臂、执行器等。
根据机器人模型设计对应的连接机构，注意要选用高刚性、高精度和耐久性好的材料制作。
并联操作机器人的基座通常只需要固定住即可，而机械臂的设计主要包括链接臂、驱动臂和动平台等，并采用合适的轴承和副件设计传动机构，以提高运动的稳定性和精度。
工作空间设计：并联操作机器人具有复杂的工作空间，设计时应根据具体应用场景确定其工作空间大小及形状等，以保证机器人能够完成所有任务。
臂长及载荷设计：并联操作机器人的臂长和载荷是其性能的重要指标，选用合适的臂长和合理的载荷可以提高机器人的灵活性和效率，减少故障率。
应根据实际工作要求结合材料特性、驱动能力等综合考虑设计并联操作机器人的臂长和载荷。
控制系统设计控制系统是并联操作机器人系统中的“大脑”，是实现整个机器人系统稳定性和精度的关键。
2-并联机器人机构的构型研究
2 并联机器人机构的构型研究2.1 概述并联机器人机构是由运动副和构件按一定的方式连接而成的闭环机构。
机构组成原理是并联机器人机构类型研究的复杂而困难的关键问题。
机构的创新是机械设计中永恒的主题，人们要设计出新颖、合理、有用的并联机器人机构，不仅要有丰富的实践经验，而且要熟悉机构的组成原理，即并联机器人机构的自由度、运动副的类型。
支链的类型与并联机构的类型的关系。
目前人们熟知的并联机器人机构的类型有平面二自由度、平面三自由度、球面三自由度、纯移动三自由度和六自由度并联机构。
从国内外的研究现状看，实用的少自由度并联机构较少，或者说非常缺乏，原因在于并联机构构型原理还不完善。
为了探讨并联机器人机构的类型，研究并联机器人机构构型方法是十分重要的，因为并联机器人机构的组成不能简单的按空间机构组成原理来研究，它与每条支链的运动特性有直接的关系。
2. 2运动副类型并联机器人机构是由运动副和构件按一定的方式连接而成的闭环机构。
组成并联机器人机构的运动副可分为简单运动副和复合运动副两大类，如表2.1所示。
常见的简单运动副有：转动副 R （revolute pair ）、移动副 P （prismatic pair ）、螺旋副 H （helix pair ）圆柱副 C （cylinder pair ）、球面副 S （spherical pair ）。
球销副 S ’（ball-and-spigot pair ）。
为了设计出具有己知运动特性的支链，我们提出以下一些复合运动副，即：万向铰或虚克铰 U （universa Uoint ，已有的复合副）、纯平动万向铰 U*（pure －translation universal Joint ）、转一平动万向铰 ^U 和 U^(translation and rotation universal joint)、平面移动万向铰U 和 U p。
由于复合运动副U 可实现二维转动，U *可实现二维独立纯移动，^U 和U^可实现一维移动和一维转动，U 和 U p可实现二维平面移动，因此复合运动副U 、U*、^U 、pU 、 U 是组成并联少自由度机器人机构的非常有用的运动副。
机器人机构学【ch06】并联机器人机构拓扑结构特征与综合 培训教学课件
“
可分离活动度
当机构可以分割为两个或多个独立的运动子链，且每个子链的从动连杆相对于机架的
位姿只是该子链内主动输入的函数时，该机构具有可分离活动度。
”
活动度类型与控制解耦原理
活动度类型判定准则如下： 1)当F个主动副位于同一个BKC的诸支路中时，机构具有完全活动度。
2)当F个主动副位于不同BKC的支路中时，机构具有部分活动度。
第六章
并联机器人机构拓 扑结构特征与综合
工业和信息化部“十四五”规划教材
机器人机构学
01
并联机器人机构结构组成
并联机器人机构结构组成
并联机器人机构结构分解
如图6-1所示，任一基本回路数为v的并联机器人机构可视为由动平台、静平台以及两者之间并联的v+1 个单开链(SOC)支路组成。
并联机器人机构结构组成
本运动链(BKC)组成。
基本运动链判定准则
按照机构耦合度算法，机构被依次 分解为1个SLC和v-1个SOC。
“
基本运动链的重要性质 1)基本回路数为v且只由R副组成的BKC类型只存在有限种。
”
多回路机构耦合度
2)每一种BKC的运动学正解(包括复数解)数目NBKC是一不变量，v=1～3的平面BKC的NBKC如表6-2所示。 3)并联机器人机构的混合单开链(HSOC)支路中包含BKC，有利于实现并联机器人机构控制解耦。
并联机器人机构结构组成
并联机器人机构结构组成
混合单开链支路及其等效单开链：含有回路的开链称为混合单开链，如图6-2(a)所示。
并联机器人机构结构组成
更一般地，混合单开链可由并联机器人机构(单回路机器人机构可视为回路数为1的并联机器人机构)串 联若干运动副和连杆组成，如图6-3(a)、(b)所示。
并联机构构型研究概述
并联机构构型研究概述＊曲云霞，李为民，范顺成，徐安平（河北工业大学机械工程学院，天津３００１３０）摘要：并联机构是一种新型机构，具有传统串联机构无法比拟的优点，是串联机构的补充和扩展，对于机床技术和机器人技术的发展具有重要作用。
本文介绍了并联机构的由来、特点和应用，并详细介绍了少自由度并联机构和解耦并联机构的构型发展，指出了并联机构需要解决的问题。
关键词：并联机构；少自由度并联机构；解耦并联机构中图分类号：ＴＨｌｌ２；ＴＰ２４２文献标识码：Ａ机构的发明与发展同人类的生产、生活息息相关，它促进着生产力的发展、生产工具的改进和人类生活水平的不断提高。
从三国时期诸葛亮的“木牛流马”到捷克作家查培克笔下强壮的“Ｒｏ—ｂｏｔ”，无不体现着人类对新技术、新机构的幻想与渴望。
并联机构的出现，使得机器人的研究、机床的研究出现了新的热点，弥补了串联机构的不足。
由于并联机构结构刚度好、承载能力大、位置精度高等优点，吸引了国内外工程界与学术界的广泛关注，几十年来，人们对并联机构的研究如火如荼，不断致力于新型并联机构的研发。
１并联机构的研究现状目前，国内外关于并联机构的理论研究主要集中在机构学、运动学、动力学、控制等领域，其应用领域主要有：并联机床、飞行模拟器、空问飞行对接机构、装配生产线、卫星天线换向装置、海军舰艇观测台、天文望远镜跟踪定位系统、动感娱乐平台以及医疗设备等。
并联机构学与运动学分析主要研究并联机器人的运动学、奇异位形、工作空间等方面，是并联机器人控制和应用研究的基础。
另一方面是动力学。
动力学分析方法很多，主要有：拉格朗日（Ｌａｇｒａｎｇｅ）法、牛顿一欧拉（Ｎｅｗ—ｔｏｎ－Ｅｕｌｅｒ）法、高斯（Ｇａｕｓｓ）法、凯恩（Ｋａｎｅ）法等。
由于并联机构复杂，目前有关并联机器人的研究大都集中在机构学方面，而对于动力学的研究相对较少。
在应用方面，最早应用并联机器人的领域是机械制造业，如美国Ｇｉｄｄｉｎｇｓ＆Ｌｅｗｉｓ公司于１９９４年９月在芝加哥ＩＭＴＳ国际博览会上首次展出了ＶＡＲＩＡＸ型并联运动机床，引起轰动。
并联Delta机器人算法演示
利用动态规划技术，对算法进行优化，以减少计算量 和时间复杂度。
并行计算优化
将算法中的计算任务进行并行处理，提高算法的计算 速度和效率。
算法稳定性优化
鲁棒性增强
通过增加算法的鲁棒性，降低外部干扰和异常情况对算法稳定性的 影响。
自适应调整
根据实际情况对算法参数进行自适应调整，以提高算法的适应性和 稳定性。
运动学算法
01
02
03
运动学正解
根据机器人的连杆长度和 关节角度，计算末端执行 器的位置和姿态。
运动学反解
已知末端执行器的位置和 姿态，求解机器人的关节 角度。
运动学算法的应用
用于机器人的轨迹规划和运动控制，实现精确的位 置和姿态控制。
动力学算法
动力学正解
根据机器人的质量、惯性参数和 关节力矩，计算机器人的动态运
控制系统
配置并联delta机器人的控制系统，包括控制器、驱动器、通信模 块等。
编程环境
安装并配置机器人算法演示所需的编程环境，如MATLAB、ROS等。
运动学算法演示
运动学建模
01
建立并联delta机器人的运动学模型，包括连杆长度、关节角度
等参数。
正运动学
02
根据给定的目标位置和姿态，计算出机器人各关节的运动参数。
并联delta机器人算法演示
目录
• 并联delta机器人简介 • 并联delta机器人算法基础 • 并联delta机器人算法实现 • 并联delta机器人算法演示 • 并联delta机器人算法优化
01 并联delta机器人简介
并联delta机器人的定义
定义
并联delta机器人是一种具有并联结 构的机器人，通常由三个或更多完全 相同的分支组成，每个分支的长度和 角度都可以独立调整。
delta并联机器人的结构
Delta并联机器人的结构1. 概述Delta并联机器人是一种由三个或更多个执行机构构成的机器人系统。
它的设计灵感来自于三角测量，通过运动学原理实现高速、高精度的运动。
delta并联机器人在工业自动化领域得到了广泛的应用，特别适用于高速、精密的装配、搬运、包装等操作。
2. 结构组成Delta并联机器人由以下几个基本组成部分构成： - 基座：机器人的底座，用于支撑整个机器人系统。
- 垂直立柱：连接基座与臂部，使机器人具备垂直运动能力。
- 臂部：由三个或更多个臂片构成，臂片通过球节连接，使得机器人具有平面内的运动能力。
- 运动控制系统：包括伺服电机和驱动器，用于控制机器人的运动。
- 末端执行器：根据具体应用可以是夹具、工具或传感器等，用于完成具体的操作任务。
3. 工作原理Delta并联机器人采用并联结构，通过伺服电机和驱动器控制机械臂的运动。
机械臂上的臂片通过球节连接，形成一个类似三角形的结构。
通过改变各个臂片间的关系，可以控制机械臂的位姿和姿态，实现多自由度的运动。
Delta并联机器人的运动是基于三角测量原理的。
通过控制各个臂片的伸缩，可以实现机械臂的平面内的位置控制。
通过改变各个臂片的角度，可以实现机械臂的姿态控制。
运动控制系统通过对伺服电机的控制，控制机械臂的运动轨迹和速度，实现精准的运动控制。
4. 优点与应用Delta并联机器人具有以下几个优点： 1. 高速：由于采用并联结构，机械臂可以在高速下进行运动，适用于需要快速完成操作的场景。
2. 高精度：机械臂的运动由伺服电机和驱动器控制，具有较高的精度和重复性，适用于对精度要求较高的操作。
3. 多自由度：机械臂具有多个关节，可以实现复杂的运动轨迹和姿态控制，适用于灵活的操作。
4. 可靠性高：机械臂结构简单，由少量的部件组成，故障率低，可靠性高。
Delta并联机器人在工业自动化领域得到了广泛的应用，特别适用于以下场景： - 高速装配：由于机械臂的高速和精度，可以用于快速的装配操作，提高生产效率。
并联Delta机器人算法演示
并联Delta算法演示请参考以下范本：正文：1、引言本文档演示了并联Delta的算法及其应用。
并联Delta是一种多关节，由多个执行器组成，具有高度灵活性和精确性。
本文将介绍Delta的运动学模型、逆运动学求解算法以及实际应用案例。
2、Delta的运动学模型2.1 结构Delta由三个并联的杆臂组成，每个杆臂上装有一根长度可调的连杆。
三个杆臂通过球形关节连接到一个固定的基座上，形成一个三角形结构。
2.2 坐标系与关节角度Delta采用笛卡尔坐标系描述的位姿。
每个杆臂的长度、连杆的最大伸缩范围以及杆臂和基座之间的相对位置等参数需要提前进行标定。
2.3 运动学正解Delta的运动学正解是指根据给定的关节角度，计算末端执行器的位姿。
运动学正解可以很容易地通过正向计算得到，即将给定的关节角度代入的运动学模型方程求解。
3、Delta的逆运动学求解算法3.1 雅各比转置法逆运动学问题是指根据给定的末端执行器的位姿，计算相应的关节角度。
Delta的逆运动学问题可以通过雅各比转置法来求解。
该方法利用的雅各比矩阵进行迭代计算，直到得到满足位姿要求的关节角度。
3.2 优化算法除了雅各比转置法外，还有一些优化算法可以用于求解Delta 的逆运动学问题。
这些算法可以根据不同的需求选择不同的目标函数，通过优化算法来求解关节角度。
4、应用案例4.1 窗户玻璃安装Delta可以应用于窗户玻璃的自动安装。
通过对玻璃的尺寸和位置进行扫描，计算出关节角度，从而实现自动安装。
4.2 高精度拧紧螺栓Delta的高精度定位和灵活性使其适用于拧紧螺栓的应用。
通过计算出螺栓的位置和角度，Delta可以精确地控制拧紧力度。
附录：本文档涉及附件：1、Delta运动学模型方程2、Delta逆运动学求解算法代码示例法律名词及注释：1、并联：指多个执行器或传动系统同时起作用的机构或装置。
2、运动学：研究物体运动的力学学科。
3、逆运动学：已知末端位置，求解各个关节的位置和角度。
并联机器人的设计讲义
并联机器人的设计讲义并联机器人是一种由多个自由度机械臂通过并联机构连接并协同运动的机器人系统。
它通过将多个自由度机械臂的末端连接在同一平面上或在三维空间内，实现更高自由度的运动灵活性和操作精度。
本文将介绍并联机器人的设计讲义。
一、机器人整体结构设计1.机器人基座和支撑结构：机器人的基座是机器人的主要支撑结构，需要具备足够的稳定性和刚度。
基座采用高强度材料制造，并结合有限元分析进行优化设计；2.并联机构设计：并联机构是机器人的核心构件，用于连接多个自由度机械臂。
设计并联机构时需要考虑运动灵活性和刚度之间的平衡，以及机构的可制造性；3.自由度机械臂设计：自由度机械臂是并联机器人的执行器，用于完成各种操作任务。
机械臂的设计需要考虑负载能力、工作范围和操作精度等因素；4.控制系统设计：机器人的控制系统包括传感器、控制算法和驱动器等。
根据任务需求选择合适的传感器和控制算法，并设计相应的驱动系统。
二、运动学建模与分析1.机器人的运动学建模：通过建立机器人的联动关系和几何条件，得到机器人各个运动部件之间的运动学方程；2.运动学分析：利用运动学方程分析机器人的位置、速度和加速度等运动特性，包括正逆运动学分析和运动学仿真。
三、动力学建模与分析1.动力学建模：通过建立机器人的动力学方程，研究机器人在执行任务过程中的力矩、力和加速度等动力学特性；2.动力学分析：利用动力学方程分析机器人的受力、运动规律和运动过程中的惯性力等特性；四、控制系统设计1.模型驱动控制：根据机器人的动力学和运动学模型，设计相应的控制算法，实现对机器人的运动控制；2.传感器选择和数据采集：根据任务需求选择合适的传感器，如力传感器、位置传感器等，并设计数据采集系统；3.控制器设计：设计合适的控制器来实现对机器人的高精度控制，并选择合适的驱动器来驱动机器人的各个关节；4.控制算法优化：根据实际应用需求，对控制算法进行优化和改进，提高机器人的运动控制性能。
并联机器人的结构
并联机器人的结构一、引言并联机器人是一种由多个机械臂组成的机器人系统，其结构具有一定的特点和优势。
本文将详细介绍并联机器人的结构及其相关特点。
二、并联机器人的基本结构1. 多机械臂：并联机器人由两个或多个机械臂组成，每个机械臂都有自己的运动自由度和控制系统。
这样的结构使得并联机器人可以同时进行多个任务，提高工作效率。
2. 并联结构：机械臂通过连接件与底座相连，形成并联结构。
并联结构可以使机械臂在各个方向上同时运动，增加了机器人的灵活性和精确性。
3. 末端执行器：每个机械臂的末端都配备了执行器，用于完成具体的工作任务，如抓取、搬运等。
末端执行器的种类和形式多样，可以根据不同的需求进行选择和更换。
4. 控制系统：并联机器人的控制系统是整个系统的核心，负责控制每个机械臂的运动和协调各个机械臂之间的配合。
控制系统通常由计算机、传感器和执行器等组成，实现对机器人的高精度控制。
三、并联机器人的特点1. 高度灵活：并联机器人的每个机械臂都具有较大的运动自由度，可以在多个方向上同时运动，因此具有较高的灵活性。
这使得并联机器人在进行复杂任务时能够更加灵活地适应不同的工作环境和要求。
2. 高精度：由于并联机器人采用了并联结构，可以通过多个机械臂的协同作业来实现高精度的运动控制。
每个机械臂都可以对自身的位置和姿态进行精确调整，从而提高了机器人的定位和操作精度。
3. 高承载能力：由于并联机器人采用了多个机械臂的并联结构，每个机械臂都可以承受一部分负载，因此整个机器人的承载能力相对较高。
这使得并联机器人可以进行更大负载的工作任务，如重物搬运等。
4. 高安全性：并联机器人的多个机械臂可以进行协同工作，可以避免单个机械臂在工作时产生过大的力或扭矩，从而减小了事故的发生概率，提高了工作的安全性。
5. 多任务协作：由于并联机器人具有多个机械臂，可以同时进行多个任务。
不同的机械臂可以分别完成不同的工作，或者协同完成一个复杂的任务，提高了工作效率和灵活性。
并联机器人综述
并联综述并联综述1.简介1.1 背景并联是指由多个机械臂以并联的方式连接在一起，通过共享载荷、合作操作的一种系统。
其具有高刚性、高精度、高承载能力等特点，被广泛应用于工业自动化领域。
1.2 目的本文旨在介绍并联的基本概念、结构组成、工作原理以及应用领域，以便读者能够全面了解并联的特点和优势。
2.结构组成2.1 机械臂并联的核心部件是机械臂，通常由多个关节组成。
每个关节都装有驱动器和传感器，用于控制机械臂的运动和感知周围环境。
2.2 连杆和连杆驱动系统机械臂之间通过连杆连接，连杆驱动系统用于控制连杆的运动，从而实现机械臂的协同运动。
2.3 控制系统控制系统是并联的大脑，通过控制算法和传感器反馈信号，实现对机械臂的精确控制。
3.工作原理3.1 平台运动并联的机械臂通过连杆和关节传递力和运动，实现平台的运动。
平台的运动可以是平移或旋转，取决于机械臂的结构。
3.2 协作操作通过控制系统的协调控制，多个机械臂能够实现协作操作。
例如，可以通过分担负荷的方式，提高的承载能力；或者通过协同动作，完成复杂的任务。
4.应用领域4.1 制造业并联在制造业中被广泛应用于装配、焊接、喷涂等工序，能够提高生产效率和产品质量。
4.2 医疗领域并联在医疗领域中被用于手术操作，具有高精度、稳定性好的优点，减轻了医生的劳动强度。
4.3 物流领域并联在物流领域中能够完成货物的搬运、分拣等工作，提高了物流效率。
4.4 其他领域并联还可以应用于航空航天、冶金、矿山等领域，发挥更多的作用。
5.附件本文档涉及的附件详见附件部分。
6.法律名词及注释6.1 并联：由多个机械臂以并联的方式连接在一起，通过共享载荷、合作操作的一种系统。
6.2 关节：机械臂上的可转动连接部件，用于实现机械臂的运动。
6.3 传感器：用于感知机械臂周围环境的装置，能够提供位置、力量、力矩等信息。
并联机器人
①
①表示的是移动副，表明其方向与约束力是正交的
第二种情况：sTso 0 sTs 1
$ˆ
s s0
a,
b,
c,
p
d,
qT
a2 b2 c2 1
p d(bnr cmr ) cf clr anr
②
q d(amr blr ) af clr anr
, , and
②表示的是转动副，并且转动副轴线要与给定的约
s
ls
力螺旋： 角速度： 线速度： 纯力偶：
W
f c
f $ˆ
f
so
s ls
Ω
ω vo
$ˆ
s so
V
0 v
v$ˆ
v
0
s
C
0
c
c$ˆ
c0s
纯 力：
W
f
c0
f $ˆ
f
s
so
反螺旋：
$T$r 0
$T S4 S5 S6 S1 S2 S3
$T$r S4Sr1 S5Sr2 S6Sr3 S1Sr4 S2Sr5 S3Sr6
m=F=3 L=2
C1 C2 C3 4F 3 9
3 Ck 3
可能的分支结构：
RRR,RRP, RPR, PRR, RPP, PRP,PPR.
四、球面并联机器人结构 (l=3)
结构特点： 所有的转动副轴线相交于一点， 此点即为动平台的转动中心
五 、空间并联机器人结构 (l=6)
1、三自由度平动并联机器人 （1）三自由度并联机器人基本类型
$ a$1 b$2 c$3 d$4 e$5
a,
b,
c,
dmr enr f , lr
d,
并联机器人构型
并联机器人的构型1、转动副轴线切向分布的3-RPS并联机器人图所示为一种典型的3-RPS并联机器人,三个支链中的转动关节轴线共面分布，同时相切于三角形外接圆。
在初始位形时动平台能实现一维的移动,也可以绕动平台三个球钱中心所确定平面内的任意线矢量转动。
图1-并联机构简图2、立方体3-RPS并联机器人图所示的3-RPS并联机器人将三个支链的转动轴线两两正交布置。
其中Si为通过Si且平行于ai的线矢量。
由于Si是通过Si且满足si〃ai 的线矢量,其中i=l,2,3,显然si、s2和s3是空间异面线矢量。
对于这种支链布置方式,在初始位形时动平台只能绕pl、p2和p3三个独立的线矢量转动，因此它仍具有三维运动特征。
3、一类新型空间6自由度并联机器人机构图3图4(b)图5(b)设计过程如下：StePI选取能够实现动平台运动输出为2平移-1转动的平面三自由度并联机器人机构,选取结果如图3所示。
Step2根据并联机器人一般设计原则可知:驱动装置不应安置在动平台上，即图1中的3个转动副Ri(i=l,2,3)均不能直接作为主动副.因此,应对图1所示的平面三自由度并联机器人机构进行必要的改进,改进后的结果如图4所示.其中，图4(a)中的3个移动副Pi(i=l,2,3)均为主动副;图4(b)中的3个平面副Ei(i=l,2,3)均为主动副。
Step3选择适当的支路(或运动链)来连接动、静平台,确保该空间并联机器人机构可以实现各种需要空间运动(即升降、俯仰和偏转运动)；并对设计出来的结果进行分析、判断和优选,得到了满足设计要求的2种新型空间并联机器人机构,其结构简图如图5所示。
4、CT导航并联机器人构型本机构由2个链连接了动静平台,而且2个支链可以组成一个闭链。
满足了并联机器人构件内在联系的定义。
驱动为四驱动并行输入。
从整体上看,该并联机构为单闭链并联机器人机构。
此机构的运动副分布在两平行平面内，而且输入驱动副为螺旋副。
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并联机器人机构构型方法研究
1-3-5基于集合的综合方法
高峰
[139]
使用复合铰链综合具有确定运动特征支链的方法综合了多种少自由度并联机构，并提出了
一种特殊的Plücker坐标，用于描述机构和支链的运动特征。在此基础上，宫金良、高峰
[140-142]
进的机器人机构构型分析方法，使用四种运动基（移动基、转动基、左螺旋基
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)
标记法、哈明数法、对称群理论、图论法等，这些理论研究积累了丰富的经验，综合并创新了多种机构
[77-83]
。到目前为止，已经形成了比较完善的平面机构构型理论和方法。
近年来，国内外机构型研究主要集中在并联机器人机构构型问题上。并联机构的结构属于空间多环
河北工业大学博士学位论文
11
度的非线性约束，才能确定动平台运动输出特性，而自由度的非线性约束增加了型综合的难度。
形统一描述基本运动副和串、并联机构末端执行器运动类型的理论框架。该方法可被认为是李群代数法
的完全推广，是一种一般性综合方法，可以综合包含李子群和子流形运动类型在内的所有并联机构。
1-3-4基于单开链（SOC）的综合方法
杨廷力等
[132-138]
提出基于单开链的并联机器人机构的构型方法，该方法的基本思想是以单开链支路
运动螺旋、约束螺旋、反螺旋和螺旋系线性相关性等概念，提出用约束力-反螺旋理论研究并联机构的
型综合方法。该方法通过在某一个特定位置使所有支链的约束力形成的子空间叠加之后等于理想运动在
该点切空间的补空间，从而使移动平台在该点附近能实现给定运动。黄真、赵铁石、李秦川等
[93-101]
给
出了少自由度并联机器人机构的型综合原理，在国际上首次综合出了国际权威认为不存在的具有连续运
i
M L。在{ }
gi
L确定后，§1-3机器人机构构型方法研究现状
机构的创新是机械设计中永恒的主题，人们要设计出新颖、合理、有用的并联机器人机构，不仅要
有丰富的实践经验，而且要熟悉机构的组成原理。机构是由运动副和构件按一定的方式连接而成的。机
构组成原理是机构类型研究的复杂而困难的问题
[75]
。机器人机构学是机器人科学的基础，很多空间机
而平面机构和球面机构的阶数为3。
(3)没有考虑冗余约束。
(4)无法给出综合出的分支运动链中各运动副间的相对几何关系和所有分支间的几何关系。
(5)无法判别得到的机构是否为瞬时机构。
1-3-2基于螺旋理论的综合方法
螺旋理论是空间机构学研究中非常重要的数学工具
[86-92]
。黄真、L. W. Tsai和C. M. Gosselin等基于
方法可以系统地解释一些人们所熟悉的并联机构运动。
此外，李秦川等
[125-127]
运用李群和李代数概念对三自由度移动并联机构以及3R2T型五自由度机构
的型综合进行了系统的分析，综合出数种三自由度移动并联机构和3R2T型五自由度并联机构；并进一
步提出基于李群的位移流形综合理论，综合出多种少自由度并联机构。Angeles
的准确描述上，在机构的构型理论研究中，机构需要完成的“任务空间”基本功能特性与类型的数学描
述与其算法的简单有效的机构构型原理还缺乏系统的研究。
机器人机构的功能与机器人的机构拓扑构型间存在着非常重要的关系，机器人构型的分析与综合就
是要寻求机构构型与机器人末端性能间的一种映射关系，显然，找到这种映射关系并对其进行描述对机
的运动生成的位移子群为{ }
g
M，机构中第i个分支运动链生成的位移子群为{ }
gi
L。把分支中所有运动
副都看成是单自由度运动副的组合，则{ }
gi
L是这些单自由度运动副生成的位移子群的积。型综合的问
题就可以归结为已知{ }
g
M，寻求未知的{ }
gi
L及相应几何条件，使之保证
1
{ } { }
=
=∩
n
g gi
动的五自由度对称并联机构。赵铁石等
[102-104]
进一步提出约束螺旋综合理论的思路、少自由度并联机构
型综合的螺旋法以及输入选择原理，并综合出分支中不含闭环子链的三移一转四自由度4-URU并联机
构。于靖军、赵铁石
[105]
等人应用螺旋理论系统研究了三维平动并联机构型综合方法。Kong和
Gosselin
P副，综合出了29种新型三平移并联机构，50种新型三平移一转动并联机构和49种新型三平移两转
动并联机构。
基于单开链的综合方法将机构的综合分为两个部分，一是运动输出特征矩阵的求交，另一个是自由
度的非线性约束。方位特征矩阵的交运算是动平台运动输出的必要条件，只有同时考虑线性运算和自由河北工业大学博士学位论文
由以上分析可知，上述构型理论统一的观点认为，机器人机构的型综合是指在给定机构的期望自由
度条件下，寻求机构的具体结构，包括运动副在空间的布置和所有分支运动链的布置，运动副的数目、
支链的数目等。然而，随着各种新型机器人机构的大量涌现，仅仅用自由度来描述所要构型的机器人机
构就显得很不全面。因此，机器人机构的构型理论首先要建立在对其末端运动特征和末端运动约束特征
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)
[85]
，例如，
两移动三转动2T3R、三移动两转动3T2R、一移动三转动1T3R、两移动两转动2T2R、一移动两转动
1T2R和两移动一转动2T1R均无对应的位移子群。
李泽湘等
[129-131]
运用李群和李代数对少自由度并联机构的综合和分析建立一套严格准确的几何理
论，并提出了微分几何综合法，通过同时研究SE(3)的代数和微分几何性质，提供了一个用李群和子流
由于运动螺旋和力螺旋本身都是瞬时的，它们只能描述物体瞬时状态下的运动和约束，所以约束综
合法本质上属于瞬时范畴，需要对其得到的机构进行非瞬时性的判别。
1-3-3基于群论和微分几何的综合方法
目前，李群和李代数理论也广泛的应用于机构的运动分析、机器人分析和控制方面。位移子群综合
法的基本思想是并联机构动平台运动生成的位移子群是所有分支运动生成的运动子群的交集，记动平台
器人机构构型的分析与研究将提供崭新的思路，同时坐标系的概念也将不复存在。基于此，本文在文献
[140-142]的基础之上，进一步研究基于G
F
集的并联机器人机构构型方法，利用该方法研究各类并联机
器人机构的型综合，该方法的提出为机构构型研究提供了一种新的思路，对并联机构构型方法具有一定
的指导作用。该构型方法的研究不仅有助于对现有机构的综合与分析，而且对发现新机构形式起着一定
[106-110]
基于螺旋理论研究了三自由度球面并联机构、三自由度移动并联机构、三移一转四自由
度并联机构和五自由度并联机构的型综合。方跃法和Tsai
[111-112]
运用反螺旋理论综合出一类三自由度球
面并联机构，并描述了动平台具有球面运动的几何条件；并综合出一类由相同支链构成的四自由度和五
自由度并联机构。
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。
的指导作用，为机械创新提供了一个很方便的手段，并且对少自由度并联微动机器人、多维力与力矩传
感器、仿生机器人、并联机床等高科技产品的研究和开发具有重要的意义。1-4-2研究内容
本文研究一种并联机器人机构构型新方法，即基于G
F
集的并联机器人机构构型方法，利用该方法
[128]
运用群的理论提出了
构造并联机构的II型、II
2
型、II
3
型铰链。
位移子群综合法的优点在于可以给出具有确定几何关系的分支运动链以及用多个分支运动链构造
并联机构时的几何条件，而且位移子群代表的是连续运动，得到的机构都是非瞬时机构。然而，刚体的
大多数运动并不具有群的代数结构，这种方法“由于必须保持群的代数结构而应用有限”
构及机械领域问题的发展都有赖于空间机构分析问题的解决
[76]
。在机器人机构设计中最重要的步骤之
一就是解决机构型综合的问题。机构型综合主要研究的内容为机构需要完成的“任务空间”基本功能特