delta并联机器人

关于奇异概念的深入解析可以参考 《高等空间机构学》第九章或 其他关于并联机构的资料
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2.6 工作空间
• 可达工作空间是机器人末端可达位置点的集合; 灵巧工作空间是在满 足给定位姿范围时机器人末端可达点的集合; 全工作空间是给定所有 位姿时机器人末端可达点的集合。下图中伞形空间为可达空间，圆柱 空间为其灵巧工作空间。
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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。
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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。
并联机器人
——仿生机器人学课程专题报告
姓名：吴@@ 班级：13级机硕1班 学号：2111301003
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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
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1931年Gwinnett的娱乐装置 （5D电影） 1965年Stewart机构
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• 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。 • 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 争相生产，成为热门机型。 2016/7/8
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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)
1dof
0dof
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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 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）
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1.1 并联机构组成
• 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。
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
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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） • 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。
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3D打印：
打印“小蛮腰”
打印“莱茵瓶”
• delta并联机器人的高精度、高速的性能在3d打印 行业也得到的充分展现
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题外话
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只要￥1049
驱动在底下，同步带传动；磁力球 铰、无弹簧 样机试验成功、7月1日筹款结束，
• 活动：【DIY】Kossel 800开源3D打印机套件 • 详询：/projects/14147.html?from=Index_index
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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），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 将3条运动链向平台中心位置平移） 2016/7/8 11
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3、delta并联机器人综合应用
3.1 分拣作业
视频：试管分拣 •
视频：双delta机器人协作
Apollo并联机器人在运动过程中可以实现快速加减速，最快抓取速度可达 2~4次/秒。配备视觉定位识别系统，精度可达±0.1mm。
Apollo并联机器人具有重量轻、体积小、运动速度快、定位精确、成本低、 效率高等特点，加之配置视觉后能够智能识别、检测物体等特点，主要应用 于食品、药品和电子产品等快速分拣、抓取、装配等领域。 2016/7/8 17 •
• 整列情景：
零件杂乱摆放，空间姿态各异，需 要排列整齐，末端4自由度不足 以完成任务
• 装配情景：
要求一次装夹完成多个面的装配， 同时，可能有细长孔插装任务。
双delta嵌套设计
因此，必须对原delta机器人 加以改进。
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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 • 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。
delta并联机构
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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 十字万向节 括2根平行杆）。 联接件：3个转动副， 12个虎克饺（十字 万向节）
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• 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。
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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)。
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1.2 并联机构特点
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• 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。 （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
4、 关于delta并联机器人的思考
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1 并联机构与并联机器人
• 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。
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空间四杆扭曲
关于并联机器人
• 基于高精度、快速等固有优点，并联机器人从一出现就被 广泛地应用于工业、医疗等行业。随着科技水平的提升和 世界各国对机器人事业的推进，机器人已从工厂、实验室 等特定场所逐渐走向寻常百姓家，而并联/串并混联机器 人也理应占据一席之地。 • 然而据统计，当前在役机器人中采用串联要远多于并联。 并联机器人使用受限的原因很多，比如发展历史短，工作 空间较小、运动耦合复杂，结构分析困难等。然而这种困 难的背后往往潜藏着优越性，我们只有攻克各个难题之后 才能发现。在座的各位将来都是高技术人才，我们要有信 心、有决心迎接这些挑战。
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3.2 其他应用 手术：
据了解，更精密的机器人正被开发应 用于生物医学中，进行染色体切割等 高难度微细操作。
德国洪堡大学手术机器人
• 显微外科手术，定位精度高，避免人工操作时的颤抖（为确保安全， 应采用力/力矩控制模式，或至少加装力/力矩传感器）
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整列、装配：
2.2 自由度分析
• 多数文章使用的公式：
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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 12 ——寻找了150年的自由度通用公式》
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。
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4、关于并联机器人的思索