delta并联机器人

• 并联机器人组成：固定基座*1、末端执 行器*1、独立运动链*n（n>=2）。
• 机器人=机构+驱控系统+其他附件 • 仅分析结构特性时：
并联机构
并联机器人
• 与传统的串联机构相比，并联机构的零 部件数量少（主要有滚珠丝杠、伸缩杆 件、滑块构件、虎克铰、球铰、伺服电 机等），因而其制造和库存备件成本相 对要低，容易组装和模块化。
2021/1/11
注意：中间杆14是为了增加末端执行器绕Z轴旋转的自由度，两端 是通过十字万向节与电机轴、末端执行器连接，末端执行器与动平台
通过轴承联接，故对动平台姿态保持无影响。
13
2.4运动学分析
• 与串联机器人相反，delta机器人逆解比正解的求取简单。 也可以像串联机器人一样建立DH坐标系，但逆解球分析 法会简单得多。
2021/1/11
4
1.2 并联机构特点
• 优点：
•
（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速度与加速度,适于高速作业。
2021/1/11
位置逆解：已知末端位置求各主动臂摆角 几何求法：以末端位置P点为圆心作球面S，
主动臂L1在其工作范围内摆动时端点轨迹线 与球面S相交于一点J1，此时L1的摆动角theta 即为位置逆解。类似可以求得其他两个摆角
14
2.5 奇异性分析
• 奇异位形：实质上是指在机构达到该位形 的瞬时自由度改变（增加或减少）
• 1985年，法国克拉维尔（Clavel） 教授设计出delta并联机构，经 过不断修改完善，成功应用于医 疗、工业，实现商业化。于 1990年前后在各国申请专利。
• 在此之后，并联机器人逐渐成为 研究热点，越来越多的并联机构 被提出，但真正能应用于生产实 际的并不多。
• delta被称为“最成功的并联机 器人设计”，由于专利保护，限 制了其推广。专利到期后各企业
著名的Stewart机构。（后来被应用到机床、海上矿井平台、飞行模 拟等多领域）
2021/1/111931年Gwinnett的娱乐装置 （5D电影）
7
1965年Stewart机构
• 1979年，Mccallino等人首次设 计出了在小型计算机控制下，在 精密装配中完成校准任务的并联 机器人，从而真正拉开了并联机 器人研究的序幕。
•
（3）运动精度高。并联机构不仅没有串联机构中存在的误差累积，而且
各条运动链的误差在末端可以有一个相互抵消的平均化效果。
•
（4）结构紧凑灵活性强。通过运动耦合，可以实现末端复杂的运动轨迹，
尤其当应用于机床行业时，容易实现多轴联动，加工复杂曲面。
•
（5）使用寿命长。由于受力结构合理，运动部件磨损小。
• 缺点：
•
（1）工作空间较小；
•
（2）开发难度大（结构复杂，运动耦合复杂，奇异位形多)。
2021/1/11
5
空间并联机构的复杂性示例
平面机构自由度计算公式： F=3n-2pl-ph 式中 n为活动杆件数（不算机架）
pl为平面低副数（即只有一个自由度的运动副） ph为平面高副数
平面五杆机构 （双链并联机构)
2021争/1/1相1 生产，成为热门机型。
delta并联机构
8
2、delta并联机构分析
2.1 结构组成
构件：静平台，动平台， 均布的3根主动臂， 3组从动臂（每组包 括2根平行杆十字）万。向节
联接件：3个转动副， 12个虎克饺（十字 万向节）
2021/1/11
9
• 而实际生产中出于美观或其他工作条件的需求，常用球铰代替虎克铰。 两端各增加一个拉紧弹簧，有助于保持同组从动杆平行，但也有些样 机没有增加弹簧组件。
• 机器人技术的发展和应用极大地改变了人们的生产生活方式，不仅能 帮助人们完成单调重复的工作，而且能在危险恶劣的环境下完成复杂 的操作。然而，随着工作要求的不断提高，传统的串联机器人往往存 在运动惯量大、刚度低、误差累积等缺点。并联机器人的出现则刚好 弥补了这些不足。
2021/1/11
3
1.1 并联机构组成
• 奇异(或称为特殊)位形是机构固有的性质， 是闭环机构, 尤其是并联机构研究中较复 杂的问题。可分为边界奇异、局部奇异和 结构奇异三种形式。
• delta机器人奇异位形也也比较复杂，不过 可以通过限制主动臂运动范围来避免奇异。
2021/1/11
10
机构简图：
• 合理的简化有助于对机构的分析，多篇文献中对delta机器 人进行了如上图所示的简化。比如进行自由度分析时，采 用机构简图a），进行运动分析时采用更加精简的图b)。
• （a→b的解释：平台姿态不变→其上各点运动形 式一致→在保持末端运动轨迹一致的前提下，可
2021将/1/113条运动链向平台中心位置平移）
11
2.2 自由度分析
• 多数文章使用的公式：
来自百度文库
2021/1/11
关于自由度计算公式的探索，可以参考 科学出版社出版的《论机构自由度
——寻找了150年的自由度通用公式》 12
2.3 保证动平台始终水平的机制
• Clavel给出的简图中从动杆两端是用 虎克铰（十字万向联轴节）联接的， 很容易分析出同组杆共面，又由对边 长度相等得出每组（如5a和5b两杆） 从动杆参与构成平行四边形。于是， 如图所示中的3组不同颜色轴线始终平 行，进而保证了动平台平行于静平台。
并联机器人
——仿生机器人学课程专题报告
2021/1/11
1
内容安排：
1、并联机构与并联机器人简介
2、delta并联机构分析
3、delta并联机器人综合应用
3.1、分拣作业：delta机器人+视觉 3.2、delta机器人其他应用形式
4、 关于delta并联机器人的思考
2021/1/11
2
1 并联机构与并联机器人
1dof 0dof
2021/1/11
6
1.3 并联机构发展简史
• 1931年，格威内特（Gwinnett）基于球面并联机构的娱乐装置。 • 1938年，Pollard发明并联机构用于汽车喷涂。 • 1948年，Gough发明并联机构用于轮胎检测。 • …… • 1965年 Stewart在他的一篇文章提出了一种6自由度的并联机构，即