并联机构与并联机器人
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并联机构与并联机器人
——仿生机器人学课程专题报告
2020/9/19
姓名：@@ 班级：13级机硕1班 学号：2111301003
.
1
内容安排：
1、并联机构简介
2、并联机构应用实例
3.1、delta机器人 3.2、虚拟轴机床
3、delta并联机器人详解
4、 关于并联机器人的思索
2020/9/19
.
2
1 并联机构简介
• 并联机构的出现可以回溯至20世纪30年代。1931年，格威内特 （Gwinnett）在其专利中提出了一种基于球面并联机构的娱乐装置。 在之后的几十年内，新的并联机构不断被提出并应用于汽车喷涂、轮 胎检测、飞行模拟器等工业领域。其中由Gough于1962年发明，并被 Stewart系统研究的Gough-Stewart机构（或称Stewart机构）运用最 广，至今仍然被广泛研究和使用。
•
2020/9/19
.
10
• 由于专利保护的限制，delta机器人早期并没有得 到应有的推广，直到近年专利保护一一终止后， 才开始被世界各地的制造商争相生产和开发。
• 在Delta原型基础上，研究人员做了很多衍生机型。
2020/9/19
.
11
FANUC六轴机器人
• 三轴铰接式手腕（专利 产品）+delta机器人
• 作者称此公式适用范围最宽且计算过程简单，但事实上公 式中λ包含有5种多余自由度，甑别和计算过程并不简单。
Delta：3个主动臂P5,12个球铰P3
W=6（11-1）-5*3-3*12-6=3
应注意机构中六根碳纤维杆保留6个绕自身轴线旋转的局部自由度
2020/9/19
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22
• Kutzbach Grubler公式计算获得
2020/9/19
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23
• 国内北华大学欧阳富等人发表了一系列文章，并于2003年 提出一个可以替代此前34个计算公式的公式：
• 优点：1、末端增加3个 旋转自由度，可以适用 更复杂工况
• 2、速度更快每秒2000 度的速度拾取、旋转和 放置物体
• 缺点：有效负载降低。 第一代最大负载0.5kg， 目前最大载荷可达6kg。
2020/9/19
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12
瑞士工业公司，将转动副 驱动改为移动付驱动
2020/9/19
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13
工业应用
2020/9/19
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6
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7
• 为了满足越来越复杂的工作需求，研究和使用多自由度 （3~6）的空间机构显示出一定的必要性。
• 近年来, 国内外机构型研究主要集中在多自由度多支链并 联机器人构型问题上。并联机构的结构属于空间多环多自 由度机构。并联机构的构型综合是一个极具挑战性的难题 。到目前为止, 国内外主要有四种并联机构的型综合研究 方法, 即基于螺旋理论的给定末端运动约束的型综合法、 基于李代数的型综合法、基于给定末端运动的型综合法和 列举型综合法。
2020/9/19
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视频：饼干抓取
视频：试管分拣
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2.2 虚拟轴机床简介(1990s)
• 虚拟轴机床又称并联机床（Parallel Kinematics Machine Tools ）,实质上是机器人技术和机床 技术相结合的产物 。
• 与传统机床比较： 优点：比刚度高（弹性模量与其密度的比值，比
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
• 针对空间机构自由度计算公式，国内外研究人员做了大量研究也得出 了大量的（至少35个）公式，其中大多都是适用条件限制或者若干 “注意事项”（如需要甑别公共约束、虚约束、环数、链数、局部自 由度等等）。
• 马娄谢夫（前苏联）空间机构计算式
2020/9/119931年Gwinnett的娱乐装置 （5D电. 影）
1965年Stewart机构 3
• 1985法国克拉维尔（Clavel）教 授设计出delta并联机构(或称为 delta机器人)
2020/9/19
.
4
按自由度分类
• （1 ）2 自由度并联机构。 • （2 ）3 自由度并联机构。 • （3 ）4 自由度并联机构。 • （4 ）5 自由度并联机构。 • （5 ）6 自由度并联机构。（如Stewart机构、双Delta嵌套机构）
（5）工作空间较小；
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9
2、并联机构应用实例
2.1 delta机器人
• 第一代delta（1985） • Delta机器人就像一个倒
挂的有三个脚的蜘蛛， 因其的灵巧、速度和精 确在装配、自动化和医 疗设备领域得到应用， 被誉为“最成功的并联 机器人设计”，并于 1990年前后在世界各国 申请专利。
• 3.1 自由度计算
• 机构见图的化简有利于运动学的分析，但有文章在计算自由度的时候
也直接按化简后的简图计算，个人认为欠妥。因为把平台化简为点的
过程其实忽略了其姿态信息，而姿态的变化也属于自由度的范畴，因
2020此/9/1个9 人倾向于用原机构简图分析 .
21
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）
• 其中2、3自由度并联机构中存在平面机构这一特殊情况，研究难度降低很多， 较多地被人们研究和使用。
• 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。
2020/9/19
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8
• 并联机器人组成：一个固定基座Βιβλιοθήκη Baidu一 个具有n自由度的末端执行器以及不 少于两条独立的运动链。
• 并联机器人特点：
（1）无累积误差，精度较高；
（2）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；
（3）结构紧凑，刚度高，承载能力大 ；
（4）完全对称的并联机构具有较好的 各向同性；
刚度较高说明相同刚度下材料重量更轻）、响 应速度快及运动精度高。 缺点：运动空间小、空间可转角度（灵活性）小、
开放性差。
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传统机床与虚拟轴机床外观差异
2020/9/19
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视频：虚拟轴机床一
视频：虚拟轴机床二
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3、delta并联机器人详解
——仿生机器人学课程专题报告
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姓名：@@ 班级：13级机硕1班 学号：2111301003
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内容安排：
1、并联机构简介
2、并联机构应用实例
3.1、delta机器人 3.2、虚拟轴机床
3、delta并联机器人详解
4、 关于并联机器人的思索
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1 并联机构简介
• 并联机构的出现可以回溯至20世纪30年代。1931年，格威内特 （Gwinnett）在其专利中提出了一种基于球面并联机构的娱乐装置。 在之后的几十年内，新的并联机构不断被提出并应用于汽车喷涂、轮 胎检测、飞行模拟器等工业领域。其中由Gough于1962年发明，并被 Stewart系统研究的Gough-Stewart机构（或称Stewart机构）运用最 广，至今仍然被广泛研究和使用。
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• 由于专利保护的限制，delta机器人早期并没有得 到应有的推广，直到近年专利保护一一终止后， 才开始被世界各地的制造商争相生产和开发。
• 在Delta原型基础上，研究人员做了很多衍生机型。
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FANUC六轴机器人
• 三轴铰接式手腕（专利 产品）+delta机器人
• 作者称此公式适用范围最宽且计算过程简单，但事实上公 式中λ包含有5种多余自由度，甑别和计算过程并不简单。
Delta：3个主动臂P5,12个球铰P3
W=6（11-1）-5*3-3*12-6=3
应注意机构中六根碳纤维杆保留6个绕自身轴线旋转的局部自由度
2020/9/19
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• Kutzbach Grubler公式计算获得
2020/9/19
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• 国内北华大学欧阳富等人发表了一系列文章，并于2003年 提出一个可以替代此前34个计算公式的公式：
• 优点：1、末端增加3个 旋转自由度，可以适用 更复杂工况
• 2、速度更快每秒2000 度的速度拾取、旋转和 放置物体
• 缺点：有效负载降低。 第一代最大负载0.5kg， 目前最大载荷可达6kg。
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瑞士工业公司，将转动副 驱动改为移动付驱动
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工业应用
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• 为了满足越来越复杂的工作需求，研究和使用多自由度 （3~6）的空间机构显示出一定的必要性。
• 近年来, 国内外机构型研究主要集中在多自由度多支链并 联机器人构型问题上。并联机构的结构属于空间多环多自 由度机构。并联机构的构型综合是一个极具挑战性的难题 。到目前为止, 国内外主要有四种并联机构的型综合研究 方法, 即基于螺旋理论的给定末端运动约束的型综合法、 基于李代数的型综合法、基于给定末端运动的型综合法和 列举型综合法。
2020/9/19
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视频：饼干抓取
视频：试管分拣
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2.2 虚拟轴机床简介(1990s)
• 虚拟轴机床又称并联机床（Parallel Kinematics Machine Tools ）,实质上是机器人技术和机床 技术相结合的产物 。
• 与传统机床比较： 优点：比刚度高（弹性模量与其密度的比值，比
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
• 针对空间机构自由度计算公式，国内外研究人员做了大量研究也得出 了大量的（至少35个）公式，其中大多都是适用条件限制或者若干 “注意事项”（如需要甑别公共约束、虚约束、环数、链数、局部自 由度等等）。
• 马娄谢夫（前苏联）空间机构计算式
2020/9/119931年Gwinnett的娱乐装置 （5D电. 影）
1965年Stewart机构 3
• 1985法国克拉维尔（Clavel）教 授设计出delta并联机构(或称为 delta机器人)
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按自由度分类
• （1 ）2 自由度并联机构。 • （2 ）3 自由度并联机构。 • （3 ）4 自由度并联机构。 • （4 ）5 自由度并联机构。 • （5 ）6 自由度并联机构。（如Stewart机构、双Delta嵌套机构）
（5）工作空间较小；
2020/9/19
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2、并联机构应用实例
2.1 delta机器人
• 第一代delta（1985） • Delta机器人就像一个倒
挂的有三个脚的蜘蛛， 因其的灵巧、速度和精 确在装配、自动化和医 疗设备领域得到应用， 被誉为“最成功的并联 机器人设计”，并于 1990年前后在世界各国 申请专利。
• 3.1 自由度计算
• 机构见图的化简有利于运动学的分析，但有文章在计算自由度的时候
也直接按化简后的简图计算，个人认为欠妥。因为把平台化简为点的
过程其实忽略了其姿态信息，而姿态的变化也属于自由度的范畴，因
2020此/9/1个9 人倾向于用原机构简图分析 .
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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）
• 其中2、3自由度并联机构中存在平面机构这一特殊情况，研究难度降低很多， 较多地被人们研究和使用。
• 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。
2020/9/19
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• 并联机器人组成：一个固定基座Βιβλιοθήκη Baidu一 个具有n自由度的末端执行器以及不 少于两条独立的运动链。
• 并联机器人特点：
（1）无累积误差，精度较高；
（2）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；
（3）结构紧凑，刚度高，承载能力大 ；
（4）完全对称的并联机构具有较好的 各向同性；
刚度较高说明相同刚度下材料重量更轻）、响 应速度快及运动精度高。 缺点：运动空间小、空间可转角度（灵活性）小、
开放性差。
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传统机床与虚拟轴机床外观差异
2020/9/19
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视频：虚拟轴机床一
视频：虚拟轴机床二
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