并联机构

六自由度转台：
六自由度转台主要用于运动仿真，比如，模拟海浪或有 关冲击对舱的影响；模拟飞行器的飞行姿态等。我们的 六自由度转台高度模块化，您可以用HEXA 转台很方便的 集成为9 自由度系统或12 自由度系统（如12 轴仿形器）。 也可以在转台的负载台面上增加其它运动单元，以获得 更灵活的运动仿真器。HEXA 转台的主要功能是六自由度 运动仿真。同时，也可以用HEXA 仿真冲击振动。在风洞 或水洞试验中，可以用HEXA 夹持被试件作相对运动。在 机械加工机床上，HEXA 也多有应用。
并联机构结构及工作原理

空间机构大多由低副机构组成“常见的低副机构有转动副(R)! 移动副(P)、螺旋副(H)、圆柱副(C)、平面副(E)、球面副(S)以及 虎克铰(T)。应用这些低副机构可以构成各种形式的空间开链机 构和空间多环机构。通常所说的并联机构由上平台和下平台组 成,2个平台用2个或2个以上的分支运动链相联(图2.1),机构具有2 个或2个以上的自由度,以并联方式驱动”图2.1列出了几种常用 的6自由度并联机人机构,其中最有代表性的典型并联机构是6一 SPS机构(即Stewartplatform。数字6代表分支数,sPs表示分支 运动链结构,它由球面副S、移动副P和球面副S串联而成。
1934年，Polladr 1947年，Cough 1965年，Stewart平台的提出（英国工程师） 汽车喷漆装置 1978年，六自由度并联机器人的提出（澳大利亚） 80年代末到90 年代开始广泛研究 六自由度的轮胎检测装置
国际上并联机构的发展
新型并联机构的研发已成为国 际机构学界的研究热点，六杆并 联机构为并联机构的一种特殊形 式，具有六个自由度的调节方式， 已广泛应用于国内外大科学工目。
由于并联机构具有六个自 由度 ! 可以在空间范围内对 支撑平台的位置和姿态进行 六维调节 ! 因此，在高精调 节领域，并联机构作为精密 调节机构同样获得了广泛应 用。 微动机构已经成为并 联机构另一个重要的应用方 面! 利用并联机构做为微动 机构充分发挥了并联机构的 特点。目前主要用于微电子 精密机械工程、 生物和遗 传工程医学工程以及材料科 学等要求高精度操作与加工 的领域，具有非常广阔的应 用前景。



混联机床

例如：就扩大旋转坐标运动范围来看, 由3自由度并联机构加2自由度串联 机构(旋转头)构成的5自由度结构将是一 种比较有效的方案。
虚拟轴机床的发展趋势

混联机床为有效解决这些问题, 使虚拟轴机床真正走向实用化, 近年来在虚拟轴机床研究领域 出现一种明显的趋势,就是由纯 并联结构向串并联复合结构和 混联结构方向发展,以及由新型 并联结构与传统机床结构相结 合的方向发展。目前,混联结构 机床已有多种结构形式。
国内并联机构的发展
在国内,燕山大学黄真教授于 1991年研制出我国第一台六自 由度并联机器人样机;1994年研 制出一台柔性铰链并联式六自 由度机器人误差补偿器!1997年 出版了我国第一部关于并联机 器人理论及技术的专著.另外,清 华大学和天津大学于1997 年联 合研制了我国第一台大型镗铣 类虚拟轴机床原型样机
并联机构工作原理

6一SPS并联机器人的实际结构为典型的Stewart平 台,该机器人.的上、下平台均为不等边对称六边形。 上平台可以进行空间的六自由度运动,下平台固定,六 根结构相同，长度可以分别调节的驱动杆和球铰连接 上、下两平台。典型6一SPS并联机构并联机器人的六 个液压驱动杆都可以独立地自由伸缩,这样上平台相对 下平台就有六个自由度,即上平台上任意一点可以通过 调节六个驱动杆的伸长量来达到空间的任意位姿,因此, 在上平台的中央安装一液压驱动的夹紧装置(称为机械 手指),工作时,预先调节机器人的六个驱动杆的长度,使 机械手指达到预定的位姿之后,调节夹紧系统,完成夹 紧工件,再调节六个驱动杆来使工件在三维空间进行平 移或转动,从而到达所需要的位置“
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•并联机构的应用一

是并联机构在工程应用领域 最成功的范例! 与传统数控机床 相比, 它具有结构简单，刚度/ 重量比大.传动链短速度快、切 削效率高、精度高成本低、响 应速度快等优点。容易实现六 轴联动因而能加工复杂的三维 曲面!
并联机床是并联 机构与机床技术相 结合的产物.
•并联机构的应用二
微动机构与微型机构
模拟运动器：
在有人驾驶的模拟器之中用来给驾驶员提供运 动感觉的模拟系统。它是模拟器中重要的模拟 系统之一。通过这种系统，驾驶员可以大致感 觉到所操纵的运动装备（如飞机、飞船、坦克、 舰船、汽车……等）的加速度大小和方向，在 某种特定情况下也可感觉其姿态。
虚拟轴机床

在平面虚拟轴机床中， 刀具安装在一具有三个 自由度的动平台上，动 平台引导刀具运动以实 现所需的加工轨迹要求。 在动平台与静平台（机 架）之间连接有若干 组‖级杆组，从而构成 具有三个自由度的平面 并联机构。该机构的结 构关系为：
机构的变换
选择得完全一样并对称分布在动 平台与静平台之间。 为结构设计上的方便，可将三组级杆组的结构参数
三自由度平面虚拟轴机床的设计：
为提高承受载荷能力，在动平台与 静平台之间还可以增加‘ ‖’级杆组， 图为在上图运动链基础上增加一组 ‘ ‖’级杆组构成的n=10，pi=12的 闭式运动链及机构，
并联、串联机构性能对比：
并联机构的特点
传统的串联机构是由关节顺次联接而成的一个开 链式机构“ 这种机构本身存在着承载能力弱、刚度低 及精度不高等缺点，较大地限制了其在某些领域中的 应用! 并联机构则是采用多个并行链构成的闭环机构 优势 与传统的串联机构相比“ 并联机构的零部件数目也 大幅减少“ 容易实现组装和模块化！
三自由度平面虚拟轴机床的设计：
进一步，对B图中的运动链，将连 接动平台与静平台之间任意一组‘‖’ 级杆组的一个构件拆分到另外‘‖’级 杆组中去，例如，将构件1拆分到临近 构成的运动链中，如图C是所转换的运 动链。 C
A
B
1
Байду номын сангаас
虚拟轴机床的缺点：

早期的虚拟轴机床多采用纯并联结构,经过 近几年的实践发现存在以下问题: 1)旋转角度小,难以实现5坐标P5面加工所需的 大转角运动; 2)移动行程短,不能满足大、重型5坐标数控机 床所需的长行程要求; 3)工作空间P机构体积比小,占用场地大; 4)驱动控制复杂; 5)难以进行准确的精度补偿。
并联机器人的特点
（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； （5）工作空间较小；
应用领域
按并联机构的工作特性 将其分成 3 类：运动模拟 器，虚拟轴机床和机器人操作器。 由于并联机构本身具 有串联机构无法比拟的特点，因此，在新型机床研制， 航天器交会对接， 体感模拟娱乐机，医疗仪器以及飞行 模拟等众多领域得到了广泛的应用和认可! CAE飞行模拟器 波音737-400模 拟飞行器
并联机构结构及工作原理
通常所说的并联机构由上平台和下平台组成,2 个平台用2个或2个以上的分支运动链相联,机构具有 2个或2个以上的自由度,以并联方式驱动“图2.1列 出了几种常用的6自由度并联机器人机构,其中最有 代表性的典型并联机构是6一SPS机构(即 Stewartplatform，数字6代表分支数,sPs表示分支 运动链结构,它由球面副S、移动副P和球面副S串联 而成。
Pi=


（ 3 n - 2） 2
N为构件数， Pi为低副 数。当n=4、6、8…， Pi=3、6、9 …
三自由度并联机构

图中的闭式运动链，其特点是结构对称， 即在两个三副构件3和8之间有三组‖级 杆组，取任一三副构件为机架 （称之为 静平台，另一三副构件称为动平台）， 得到三自由度平面并联机构是用作平面 虚拟轴机床的可行方案之一，如图所示。
并联机构
Shanghai University
Contents
并联机构定义
并联机构的发展
并联机构的特点 结构及其工作原理
并联机构的应用实例
并联机构？
----由2个和2个以上的驱动器（作 知识
动器）通过杆系同时作用于运动 平台的空间运动机构。
国际上并联机构的发展
一杆→多杆； 平面→空间； 串联→并联 并联机构的提出，最早追溯到1895年。