并联机构
机器人学-并联机构与并联机器人
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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
• 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。
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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。
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• 从前面对delta系统分析的过程中我们已经 对并联机构的复杂性有所了解，而这种复 杂性正潜藏了一些未知的优越性，所以并 联机构和并联机器人的开发必将对机器人 事业的发展提供强大助力。
并联机构运动学
并联机构运动学
并联机构是指由两个或多个杆件以多点连接方式组成的机构，其特点是各个杆件之间无相对运动。
并联机构的运动学研究主要包括以下几个方面：
1. 位置分析：研究并联机构可达到的各个位置，并通过方程描述它们之间的关系。
2. 速度分析：研究并联机构各个杆件的速度以及其与驱动器之间的速度传递关系，可以通过求解雅可比矩阵得到。
3. 加速度分析：研究并联机构各个杆件的加速度以及其与驱动器之间的加速度传递关系，通过对速度的求导得到。
4. 正运动学分析：研究并联机构杆件的姿态角度以及构件之间的相对角度关系，可以通过旋转矩阵或四元数进行描述。
5. 逆运动学分析：研究并联机构如何通过给定的末端位置和姿态角度，求解驱动器的运动参数，可以使用解析法、迭代法等方法。
通过对并联机构的运动学分析，可以了解机构的运动特性、工作空间、速度和加速度传递等，对机构的设计、控制和优化有重要意义。
并联机构在精密装配中的应用
并联机构在精密装配中的应用并联机构在精密装配中的应用并联机构是一种常用的机械装配结构，在精密装配中有着广泛的应用。
它由一系列平行连接的连杆和转动副组成，具有较高的刚度和稳定性，并可实现精确的运动控制。
下面将逐步介绍并联机构在精密装配中的应用。
首先，由于并联机构具有较高的刚度，它可以用于精密装配中对位置和姿态要求较高的部件的安装。
例如，在电子设备的组装过程中，需要将微小的电子元件精准地安装到印刷电路板上。
这就需要使用并联机构来确保元件的位置和姿态的精准控制，以避免装配误差对设备性能的影响。
其次，并联机构还可以应用于需要进行力控制的装配任务。
在一些工业生产中，需要对零部件施加特定的力以确保装配的质量和可靠性。
例如，在汽车制造过程中，需要将发动机缸盖与缸体进行连接。
由于缸盖较重且需要施加一定的压力，使用并联机构可以实现对力的精确控制，并保证装配的质量。
此外，并联机构还可以应用于需要进行高速运动的精密装配任务。
在一些生产线上，需要对零部件进行快速而精确的装配。
例如，在手机生产过程中，需要将电池和屏幕等部件快速地安装到手机壳体上。
这就需要使用并联机构来实现高速运动的精确控制，以提高装配效率和生产速度。
最后，并联机构还可以应用于需要进行多任务装配的场景。
在一些装配任务中，需要同时进行多个部件的装配操作。
例如，在机器人组装线上，需要将多个零部件同时安装到机器人的不同部位。
使用并联机构可以实现多个装配操作的并行进行，提高装配效率和生产能力。
综上所述，并联机构在精密装配中具有广泛的应用。
它可以实现位置和姿态的精确控制，进行力控制、高速运动和多任务装配。
通过应用并联机构，可以提高装配的精度、效率和可靠性，为精密装配领域的发展带来新的机遇。
《并联机构解耦机理研究与仿真分析》
《并联机构解耦机理研究与仿真分析》篇一一、引言随着机器人技术的不断发展和进步，并联机构因其高精度、高负载能力以及高动态性能等优点，在工业、医疗、航空航天等领域得到了广泛应用。
然而，由于并联机构的多输入多输出特性，其耦合问题成为了影响其性能的重要因素。
因此，对并联机构的解耦机理进行研究，具有重要的理论意义和实际应用价值。
本文旨在通过理论分析和仿真分析，对并联机构的解耦机理进行深入研究，以期为并联机构的设计和优化提供理论依据。
二、并联机构概述并联机构是一种由多个驱动器驱动的机构，具有多输入多输出的特性。
其主要由静平台、动平台以及连接两者的多个运动支链组成。
由于其高精度、高负载能力和高动态性能等优点，并联机构在多个领域得到了广泛应用。
然而，由于多输入多输出的特性，并联机构的耦合问题成为了影响其性能的关键因素。
三、解耦机理研究针对并联机构的耦合问题，本文从解耦机理出发，进行了深入研究。
首先，通过对并联机构的运动学和动力学分析，明确了机构中各支链的耦合关系。
其次，通过理论分析和数学建模，揭示了耦合的产生原因和影响因素。
最后，提出了基于优化算法的解耦方法，通过优化机构的参数，达到降低耦合的目的。
四、仿真分析为了验证解耦机理的有效性，本文采用了仿真分析的方法。
通过建立并联机构的仿真模型，对机构的运动过程进行模拟，并对解耦前后的机构性能进行对比分析。
仿真结果表明，经过解耦优化后，机构的性能得到了显著提升，耦合问题得到了有效解决。
同时，仿真分析还为后续的机构设计和优化提供了重要依据。
五、结论通过对并联机构的解耦机理进行深入研究，本文得出以下结论：1. 并联机构的耦合问题主要是由于多输入多输出的特性导致的。
通过对机构的运动学和动力学分析，可以明确各支链的耦合关系。
2. 针对耦合问题，本文提出了基于优化算法的解耦方法。
通过优化机构的参数，可以有效降低耦合，提高机构的性能。
3. 仿真分析表明，经过解耦优化后，并联机构的性能得到了显著提升。
机器人学-并联机构的基础理论
并联机构的逆解软件
机床尺寸 标准C程序
控制系统界面操作步骤
• 进入控制系统界面后，先进行文件管理操作，完成数控 文件录入；
• 然后进行回零操作，建立机床坐标系； • 接着进行文件操作，将第一步完成的数控程序装入； • 通过单步或连续运行，完成原定机床的运动。 • 完成运动后，进行回零操作，使机床回到初始位置。
2.2 运动学方程建立－正解方程
2.3 速度方程
2.3 速度方程
3. 并联机构终端的自由度数确定
3. 并联机构终端的自由度数确定
3. 并联机构终端的自由度数确定
M 3(8 9 1) 9 3
空间可重构并联机构搭建
实际装置RPKM(II)
实际装置RPKM(II)
实际装置RPKM(II)
并联机构的分析和搭建 ——基础理论
1. 并联机构的定义
定义：只要是多自由度，驱动器分配在不同环路上的闭 式多环机构均可称为并联机构（Parallel manipulator; Parallel mechanism; Stewart platform）。 特点： （1）多自由度, （2）闭式，多环机构
并联机构的基本分析方法
1. 一种六自由度并联机构
1.1 机构模型
B3 B4
Y
B2 B
B1 X
B5
B6
T3 T4
T5
y
T2
T1
T
x
T6
1.2 运动学方程建立
动静平台坐标表示
1.2 运动学方程建立－逆解方程
旋转矩阵（欧拉角表示方法）
根据旋转变换，动平台坐标系中动平台各铰链位置矢量在基础坐标系中表示为 运动平台上各铰接点在基础坐标系中坐标为： 支链矢量表示为： 运动学逆解：
并联机构及其应用
并联机构可以用于卫星姿态的调整， 实现卫星的快速、准确姿态控制。
医疗康复领域
手术机器人
并联机构可以用于手术机器人，实现微创手术的高精度操作。
康复设备
并联机构可以用于康复设备，帮助患者进行精准的康复训练。
军事装备领域
无人驾驶车辆
并联机构可以用于无人驾驶车辆，实现快速、准确的移动和定位。
稳定性好、可靠性高
并联机构具有较好的稳定性和可靠性， 适用于对稳定性要求较高的场合。
易于实现模块化和标准化
并联机构可以通过模块化的设计和标 准化的制造，实现快速组装和互换， 方便维修和替换。
并联机构的发展历程
起源
并联机构最早起源于机械加工领 域，用于实现高精度定位和加工。
应用拓展
随着技术的发展，并联机构逐渐拓 展到其他领域，如机器人、航空航 天、医疗器械等。
助中风或脊髓损伤患者进行康复训练。
军事装备案例
军事装备案例
并联机构在军事领域的应用主要涉及无人驾驶车辆、无人机和火炮等装备的设计和制造。 由于并联机构具有高精度和快速响应等特点，它们在执行军事任务时具有显著优势。
具体应用
无人驾驶车辆的导航和地形识别、无人机的飞行控制和火炮的快速瞄准等任务，都离不 开并联机构的精确控制。此外，并联机构还可以用于制造高精度的军事装备部件，如导
创新发展
近年来，随着新型材料、智能控制 等技术的不断发展，并联机构在结 构创新、驱动方式、控制算法等方 面取得了重要突破。
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并联机构的类型与结构
按自由度分类
平面并联机构
具有2个自由度，通常用于平面运 动，如平面定位、加工和检测。
空间并联机构
具有3个或更多自由度，能够实现 空间运动，适用于复杂的三维操 作和制造。
并联机构工作空间方法的分析
并联机构工作空间方法的分析并联机构是指由多个平行连接的机构成为一个整体的机构，并且各个机构的端部都连接在一个移动平台上。
由于并联机构的结构特点和运动特性，使其在实际应用中具有广泛的应用前景。
并联机构的工作空间分析是指研究机构在各个自由度上能够达到的位置的空间范围，通过对工作空间的分析可以发现机构的最优设计方案，也可以作为机构控制算法的基础。
本文通过解析并联机构运动学进行点的追踪和空间区域的计算，具体阐述了并联机构工作空间的方法分析。
1. 并联机构的运动学并联机构是一个复杂的系统，机构中的每个部件都是由一些特定的活动单元构成，并且这些活动单元之间通过连接装置连接在一起。
因此，机构的运动学可以通过各个活动单元的运动来描述。
并联机构的运动学方程可以表示为：F_1(x_1, y_1, z_1) + F_2(x_2, y_2, z_2) + ... + F_n(x_n, y_n, z_n) = 0其中，F_i 表示第 i 个活动单元的旋转和转移运动，(x_i, y_i, z_i) 表示第 i 个活动单元的位移向量。
并联机构的运动学分析需要通过运动学基本参数的计算和方程的求解来完成。
由于并联机构的结构复杂，运动学分析过程中需要使用较为复杂的数学方法，如向量代数、矩阵运算等。
通过运动学分析可以得到并联机构各个自由度的移动范围，进而分析机构的工作空间。
并联机构的工作空间计算方法可以分为两大类，一是几何法，二是向量法。
(1) 几何法几何法是通过几何分析来计算并联机构的工作空间。
将机构各个部件的长度、角度、形状等几何参数代入相应的几何模型中，运用几何关系计算出机构在各自由度上的工作空间。
几何法的优点是计算简单，直接，易于应用。
但是，几何法受制于机构结构和形状的限制，难以解决复杂机构的工作空间分析问题。
另外，对于活动单元的未知参数难以求出，也是几何法的局限之一。
(2) 向量法向量法是指利用向量运算来计算并联机构的工作空间。
并联机构精度评估
并联机构精度评估并联机构精度评估并联机构是一种由多个连杆组成的力学结构，常用于工业机械和机器人的设计中。
评估并联机构的精度对于确保其性能和功能的可靠性至关重要。
下面将按照逐步思考的方式，介绍如何进行并联机构精度评估。
第一步：确定评估指标首先，我们需要确定评估并联机构精度的指标。
常见的指标包括位置精度、角度精度、重复精度和刚度等。
位置精度是指机构输出位置与预期位置之间的偏差，角度精度是指机构输出角度与预期角度之间的偏差，重复精度是指机构在多次运动过程中输出位置或角度的重复性。
刚度则与机构的刚性有关，即在受力情况下的变形程度。
第二步：制定测试方案制定合适的测试方案是评估并联机构精度的关键。
根据评估指标，我们可以设计相应的测试方法。
例如，对于位置精度的评估，可以使用激光测距仪或编码器等设备来测量机构输出位置与预期位置之间的偏差；对于角度精度的评估，可以使用角度传感器来测量机构输出角度与预期角度之间的偏差。
第三步：进行测试在进行测试之前，需要确保测试环境的稳定性和准确性。
例如，要消除机构自身的振动和干扰，可以使用减振器和隔离器等设备。
然后，按照测试方案进行实际测试。
对于每个评估指标，可以进行多组测试，并取平均值来减少误差。
测试结果需要记录并进行分析。
第四步：分析结果对测试结果进行分析是评估并联机构精度的关键步骤。
可以使用统计方法，如计算平均值、标准差和极值等，来评估机构的精度水平。
根据分析结果，可以判断机构是否符合设计要求，并进行进一步的改进和优化。
第五步：验证和验证在分析结果之后，需要进行验证和验证，以确保评估结果的准确性和可靠性。
可以通过与其他测试方法的比较或与已知精度标准的对比来验证结果。
同时，还可以对机构进行长时间运行测试，以检查其稳定性和耐久性。
综上所述，评估并联机构的精度是确保其性能和功能可靠性的重要环节。
通过逐步思考，我们可以确定评估指标、制定测试方案、进行测试、分析结果并进行验证和验证。
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并联机构的应用实例
一、运动模拟器
并联机构最早就是作为飞行模拟器所应用。 它能完成90%的训练任务，而所需费用仅 为实际飞行的2.5%~10%，由于效益明显， 在飞行模拟器中得到广泛应用。图为 NASA研制的波音747飞行模拟器。
二、并联机构的机床
三、并联机构的微操作机器人
其他应用：军事领域中的潜艇、坦克驾驶运动模拟器，下一代战斗机的矢 量喷管、潜艇及空间飞行器的对接装置、姿态控制器等；生物医学工程中 的细胞操作机器人、可实现细胞的注射和分割；微外科手术机器人；大型 射电天文望远镜的姿态调整装置；混联装备等，如SMT公司的Tricept混联 机械手模块是基于并联机构单元的模块化设计的成功典范。
并联机构
作者：孙嘉徽
湖南工业大学机械工程学院
并联机构的简介 研究意义及研究过程 结构及其工作原理 并联机构的应用实例
并联机构（Parallel Mechanism，简称PM）， 可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构
具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。 串联机构
是指若干个单自由度的基本机构顺序联接，每一个前置机构的输出运 动是后置机构的输入,若联接点设在前置机构中作简单运动的构件上,即形 成所谓的串联式组合。
其实并联机构很早就出现了，大概经过的四个阶段。 球面并联机构；
空间工业并联机构（用于汽车的喷漆）; 六自由度轮胎检测装置；
Gough-Stewart机构或Stewart机构（现在广泛应用）；
机器人迅速将糖豆放瓶中
它叫并联机器人 用途是快速拾取分选
并联机器人这类设备主要用于精密紧凑的应用场合，竞争点集中在速度、重复 定位精度和动态性能等方面，这方面我们国产领军企业新松并联机器人也做的 不错。
低负载高速度是并联机器人区别于其他工业机器人的最主要特点，目前只有 少数几个品牌并联机器人能够将负载提高到6kg以上。如果在不影响精度和速 度的情况下提高并联机器人的负载能力，并联机器人的应用领域还将有很大 的扩展空间。
（1）与串联机构相比，刚度大，结构稳定紧凑，承载能力强； （2）工作空间较小； （3）所以无累积误差，精度较高； （4）运动惯性小；
（5）在位置求解上，串联机构正解容易，反解困难，而并联正解困难， 反解容易；
（6）运动链较短，驱动装置可置于定平台（机架）上或接近顶平台（机 架）的位置，这样运动部分重量轻，速度高，惯性小，动态响应好；
（7） 完全对称的并联机构具有较好的各向同性。
一、并联机构的研究过程
1931年，Gwinnett在其专利中提出了一种基于球面并联机构的娱乐装置；
1940年，Pollard在其专利中提出了一种空间工业并联机构，用于汽车的喷漆；
1962年，Gough在发明了一种基于并联机构的六自由度轮胎检测装置；
1965年，德国Stewar首次对Gough发明的这种机构进行了机构学意义上的研
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6—S从结构上看，六杆并联机构的动平台通过6根支杆与定平台相连接，6根 支杆都可以独立的自由伸缩，每根支杆含有1个联接动平台的球铰，1个移动 副和1个联接定平台的球铰。这样，上、下平台就可以进行六个独立运动，即 有六个自由度。在三维空间可以作任意方向的移动以及绕任何方向、位置的 轴线进行转动。
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并联机构的研究意义： 一个机构产生若干个分支后续机构，或者若干分支机构汇合于一个后续机
构的组合方式称为机构的并联组合，并联机构具有多个臂，各臂具有球窝接头。 球窝包括:半球状凹部，其对球状头部的前端部到赤道的范围进行保持;延长部， 其平滑地从该半球状凹部连续，并从球状头部的赤道向上述轴部侧延伸。
由于并联机构存在很多优点，为制造业的发展提供了大量的机会，所以才 引起了大量学者的兴趣。相对于串联机构，并联机构有如下优点：
究，并作为飞行模拟器运动产生装置用与训练飞行员，被命名为Stewart机构；
1978年，澳大利亚著名机构学教授Hunt首次提出将六自由度并联机构用于机
器人手臂。随后Maccallion和Pham.D.J首次将该机构按操作器设计，成功的将
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1999年，Pierrot和Company提出四自由度H4并联机构，这种机构是在原 有DELTA机器人的分支运动链中加载了一个和动平台垂直的转动副，从而在 DELTA机器人原有的三个移动副自由度外，又获得了一个转动自由度；
2002年，高峰等通过给六自由度并联机构添加一个五自由度约束分支的方 法，综合出两种五自由度并联机构。
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Stewart机构用于装配生产线，标志着真正意义上的并联机器人的诞生，从此推动
了并联机器人发展的历史。Strwart机构是最典型的并联机器人；
1983年，Hunt提出的三自由度3-RPS并联平台机构，它能实现两个自由度的
转动和一个自由度的移动，而得到广泛的关注；
Stewart平台
六杆并联机构： 六杆并联机构原型为Stewart机构，是并联机构的一种特殊形式，承载能
力强，调节精度高，具有六个自由度，已广泛应用于国内外不同领域的工程 研究中。下图中两种常用的六杆并联机构：6—SPS和6—RSS机构。其中“6” 代表分支数；SPSS，RSS表示分支运动链结构。具体说明如下：SPSS由球 面副S、移动副P和球面副S串联而成，RSS由转动副R、球面副S和球面副S 串联而成。