并聯(lián)機(jī)器人

　　并聯(lián)機(jī)構(gòu)（ParallelMechanism，簡稱PM），可以定義為動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)通過至少兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈相連接，機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)的一種閉環(huán)機(jī)構(gòu)。

　　特點(diǎn)

　　并聯(lián)機(jī)器人和傳統(tǒng)工業(yè)用串聯(lián)機(jī)器人在哲學(xué)上呈對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系，和串聯(lián)機(jī)器人相比較，并聯(lián)機(jī)器人具有以下特點(diǎn)：

　?。?）無累積誤差，精度較高；

　　（2）驅(qū)動(dòng)裝置可置于定平臺(tái)上或接近定平臺(tái)的位置，這樣運(yùn)動(dòng)部分重量輕，速度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；

　?。?）結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高，承載能力大；

　?。?）完全對(duì)稱的并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有較好的各向同性；

　　（5）工作空間較??；

　　根據(jù)這些特點(diǎn)，并聯(lián)機(jī)器人在需要高剛度、高精度或者大載荷而無須很大工作空間的領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用

　　人物事件

　　1978年，Hunt首次提出把六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人操作器，由此拉開并聯(lián)機(jī)器人研究的序幕，但在隨后的近10年里，并聯(lián)機(jī)器人研究似乎停滯不前。直到80年代末90年代初，并聯(lián)機(jī)器人才引起了廣泛注意，成為國際研究的熱點(diǎn)。

　　在國內(nèi)，燕山大學(xué)教授黃真教授在1991年研制出我國第一臺(tái)六自由度并聯(lián)機(jī)器人樣機(jī)(圖1-5)，在1994年研制出一臺(tái)柔性鉸鏈并聯(lián)式六自由度機(jī)器人誤差補(bǔ)償器，在1997年出版了我國第一部關(guān)于并聯(lián)機(jī)器人理論及技術(shù)的專著，2006年又出版了《高等空間機(jī)構(gòu)學(xué)》。

　　黃真，男，漢族，1936年2月出生，江蘇宜興人，教授，1959年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械工藝專業(yè)，現(xiàn)任燕山大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。

　　他是我國最早的一位從事并聯(lián)機(jī)器人研究的學(xué)者，也是該領(lǐng)域的最著名的學(xué)者。他多次參加國際學(xué)術(shù)活動(dòng)，在國際上已有較大的影響，特別是在2004年舉行有44個(gè)國家500多名學(xué)者參加的國際機(jī)器和機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)會(huì)國際學(xué)術(shù)年會(huì)第11屆大會(huì)上，他為6個(gè)中心發(fā)言人之一。

　　他主要從事機(jī)器人學(xué)、和并聯(lián)機(jī)器人機(jī)械學(xué)等方面的研究工作。多年來，先后承擔(dān)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目9項(xiàng)，國家863項(xiàng)目3項(xiàng)，國家科技攻關(guān)等項(xiàng)目共計(jì)20余項(xiàng)。已在國內(nèi)外發(fā)表論文280余篇，其中國際著名雜志《MechanismandMachineTheory》、《InternationalJournalofRoboticsResearch》，《JournalofRoboticSystems》，《ASMEJournalofMechanicalDesign》發(fā)表30余篇；ASME、IEEE等國際會(huì)議發(fā)表論文50余篇；《中國科學(xué)》及國內(nèi)一級(jí)學(xué)術(shù)雜志《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》、《中國機(jī)械工程》、等發(fā)表論文40余篇。其中129篇次被三大索引（SCI－33、EI－88和ISTP－8）收錄，他引總共369次。出版專著《空間機(jī)構(gòu)學(xué)》（1991年）和《并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)理論及控制》（1997年），后者被審定為“全國高技術(shù)重點(diǎn)圖書”。今年他的專著《高等空間機(jī)構(gòu)學(xué)》又被教育部審定為全國研究生指定教材，已于2006年6月出版。

　　他的研究成果已獲國家教育部科自然科學(xué)1等獎(jiǎng)2項(xiàng)，河北省科技進(jìn)步1等獎(jiǎng)2項(xiàng)等科技獎(jiǎng)勵(lì)共計(jì)16項(xiàng)。目前，作為課題主要負(fù)責(zé)人主持國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目2項(xiàng)及河北省高層次特別優(yōu)秀人才支持計(jì)劃。

　　黃真教授治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、知識(shí)淵博、誨人不倦，直到現(xiàn)在的近70歲的高齡仍舊奮戰(zhàn)在科學(xué)研究的第一線。黃真教授在工作中他多次受到黨和政府的表彰，多次被評(píng)為省管優(yōu)秀專家。并多次獲秦皇島市勞動(dòng)模范、河北省勞動(dòng)模范和原機(jī)械工業(yè)部勞動(dòng)模范等光榮稱號(hào)。

　　并聯(lián)機(jī)構(gòu)

　　提出、特點(diǎn)及應(yīng)用

　　1965年，德國Stewart發(fā)明了六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，并作為飛行模擬器用于訓(xùn)練飛行員。1978年澳大利亞著名機(jī)構(gòu)學(xué)教授Hunt提出將并聯(lián)機(jī)構(gòu)用于機(jī)器人手臂。

　　并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：

　?。?）與串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比剛度大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；

　?。?）承載能力大；

　?。?）微動(dòng)精度高；

　?。?）運(yùn)動(dòng)負(fù)荷??；

　　（5）在位置求解上，串聯(lián)機(jī)構(gòu)正解容易，但反解十分困難，而并聯(lián)機(jī)構(gòu)正解困難反解卻非常容易。

　　由于機(jī)器人在線實(shí)時(shí)計(jì)算是要計(jì)算反解的，這對(duì)串聯(lián)式十分不利，而并聯(lián)式卻容易實(shí)現(xiàn)。

　　分類

　　從運(yùn)動(dòng)形式來看，并聯(lián)機(jī)構(gòu)可分為平面機(jī)構(gòu)和空間機(jī)構(gòu)；細(xì)分可分為平面移動(dòng)機(jī)構(gòu)、平面移動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、空間純移動(dòng)機(jī)構(gòu)、空間純轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和空間混合運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，

　　另可按并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)分類：

　?。?）2自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

　　2自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如5-R、3-R-2-P（R表示轉(zhuǎn)動(dòng)副，P表示移動(dòng)副）平面5桿機(jī)構(gòu)是最典型的2自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，這類機(jī)構(gòu)一般具有2個(gè)移動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

　?。?）3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

　　3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)各類較多，形式較復(fù)雜，一般有以下形式：平面3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如3-RRR機(jī)構(gòu)、3-RPR機(jī)構(gòu)，它們具有2個(gè)移動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)；球面3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如3-RRR球面機(jī)構(gòu)、3-UPS-1-S球面機(jī)構(gòu)，3-RRR球面機(jī)構(gòu)所有運(yùn)動(dòng)副的軸線匯交空間一點(diǎn)，這點(diǎn)稱為機(jī)構(gòu)的中心，而3-UPS-1-S球面機(jī)構(gòu)則以S的中心點(diǎn)為機(jī)構(gòu)的中心，機(jī)構(gòu)上的所有點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)都是繞該點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)；3維純移動(dòng)機(jī)構(gòu)，如StarLike并聯(lián)機(jī)構(gòu)、Tsai并聯(lián)機(jī)構(gòu)和DELTA機(jī)構(gòu)，該類機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正反解都很簡單，是一種應(yīng)用很廣泛的3維移動(dòng)空間機(jī)構(gòu)；空間3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如典型的3-RPS機(jī)構(gòu)，這類機(jī)構(gòu)屬于欠秩機(jī)構(gòu)，在工作空間內(nèi)不同的點(diǎn)其運(yùn)動(dòng)形式不同是其最顯著的特點(diǎn)，由于這種特殊的運(yùn)動(dòng)特性，阻礙了該類機(jī)構(gòu)在實(shí)際中的廣泛應(yīng)用；還有一類是增加輔助桿件和運(yùn)動(dòng)副的空間機(jī)構(gòu)，如德國漢諾威大學(xué)研制的并聯(lián)機(jī)床采用的3-UPS-1-PU球坐標(biāo)式3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由于輔助桿件和運(yùn)動(dòng)副的制約，使得該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)具有1個(gè)移動(dòng)和2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)（也可以說是3個(gè)移動(dòng)運(yùn)動(dòng)）。

　?。?）4自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

　　4自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)大多不是完全并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如2-UPS-1-RRRR機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通過3個(gè)支鏈與定平臺(tái)相連，有2個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)窍嗤?，各具?個(gè)虎克鉸U，1個(gè)移動(dòng)副P，其中P和1個(gè)R是驅(qū)動(dòng)副，因此這種機(jī)構(gòu)不是完全并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

　?。?）5自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

　　現(xiàn)有的5自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如韓國Lee的5自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有雙層結(jié)構(gòu)（2個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)合）。

　　（5）6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

　　6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中的一大類，是國內(nèi)外學(xué)者研究得最多的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用在飛行模擬器、6維力與力矩傳感器和并聯(lián)機(jī)床等領(lǐng)域。但這類機(jī)構(gòu)有很多關(guān)鍵性技術(shù)沒有或沒有完全得到解決，比如其運(yùn)動(dòng)學(xué)正解、動(dòng)力學(xué)模型的建立以及并聯(lián)機(jī)床的精度標(biāo)定等。從完全并聯(lián)的角度出發(fā)，這類機(jī)構(gòu)必須具有6個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈。但現(xiàn)有的并聯(lián)機(jī)構(gòu)中，也有擁有3個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈的6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如3-PRPS和3-URS等機(jī)構(gòu)，還有在3個(gè)分支的每個(gè)分支上附加1個(gè)5桿機(jī)構(gòu)作這驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)等。