新型两转动自由度完全解耦并联机构及其特性

两平移两转动并联机器人机构运动学分析

基金项目：福建省教育厅科技计划资助项目（ＪＡＯ０４２３１） !!!!!!!!!!!!!!!! 两平移两转动并联机器人机构运动学分析余顺年，陈扼西（集美大学机械工程学院，福建厦门３６１０２１）并联机构具有高刚度、高精度和高承载能力等优点［１］，已被应用于工业机器人、微动机器人、虚拟轴并联机床等领域。在过去几十年中，许多研究工作者提出了多种形式的并联机构，但大多数研究工作集中在六自由度和三自由度并联机构。实际上，四自由度并联机器人机构具有很重要的应用。而且少自由度并联机器人驱动元件少、费用低、结构紧凑。本文研究了一种两平移两转动四自由度并联机器人机构，求出了其运动学正反解的封闭解，讨论了其控制解耦性，并提供了该并联机构的一种具体应用实例。１两平移两转动并联机构设计新型两平移两转动并联机构［２］如图１所示。该机构由固定平台ＡＢＣＤ和等腰三角形动平台Ａ′Ｂ′Ｃ′以及联接固定平台和动平台的四条支链ＡＡ′、ＢＢ′、ＣＣ′、ＤＣ′组成。其中支链ＡＡ′、ＢＢ′为ＲＰＳ，支链ＣＣ′、ＤＣ′ 为ＳＰＳ。１．１动平台输出矩阵的确定建立如图１所示坐标系：动坐标系设在动平台Ａ′Ｂ′ Ｃ′上，原点Ｏ′位于Ａ′Ｂ′的中点，Ｙ′轴选在Ａ′Ｂ′ 线上，Ｚ′轴垂直于动平台，定坐标系设在固定平台ＡＢＣＤ上，坐标原点Ｏ位于ＡＢ的中点，Ｙ轴选在ＡＢ线上，Ｚ轴垂直于固定平台，Ｘ′ 轴与Ｘ轴由右手法则确定。根据图示配置方式，通过分析各支链的运动特征，不难得出该并联机器人机构的输出矩阵为Ｍｐａ＝ｔ２（／／ＯＹＺ）ｒ２（／／Ｙ′Ｘ′"#）∩ｔ３ｒ%&３＝ｔ２（／／ＯＹＺ）ｒ２（／／Ｙ′Ｘ′ %&）ｐａ（１）因此该机构的动平台相对于定平台具有４个自由度：２个移动和２个转动。移动自由度为在Ｏ－ＹＺ平面的移动，转动自由度的转动轴线分别为Ｙ′轴和Ｘ′轴。１．２自由度Ｍ的计算根据文献［２］给出的计算空间并联机构平台机构自由度的公式：Ｍ＝ｄ（ｎ－ｇ－１）＋ｇｉ＝１ ’ｆｉ（２）式中：ｆｉ为第ｉ个运动副的自由度，ｄ＝６－λ，λ是该机构存在的公共约束数；ｎ是构件数；ｇ为运动副数，在用式（２）计算自由度时，还应按常规方法考虑机构中复合铰链、虚约束和局部自由度等问题。在图１机构中，具有一个局部自由度，ｄ＝６，ｎ＝１０，ｇ＝１２， ∑ｆｉ＝６×２＋５×２＝２２。则其自由度为Ｍ＝ｄ（ｎ－ｇ－１）＋ｇｉ＝１’ｆｉ＝６（１０－１２－１）＋２２＝４３３机械工程师２００６年第９期摘要：分析了一种两平移两转动并联机器人机构，求出其运动学正解和反解封闭解，讨论了该机构的控制解耦性。与其它类似机构相比，该机构结构简单、位置分析求解容易。同时，设计了一种利用本并联机构的中医推拿串并联机器人，该机器人具有工作空间大，动平台动力性能好等特点。该并联机构还可应用于工业装配机器人、微动机器人、虚拟轴并联机床、多维减振平台等领域。关键词：并联机器人；位置分析；解耦性中图分类号：ＴＰ２４２文献标识码：Ａ文章编号：１００２－２３３３（２００６）０９－００３３－０３ＫｉｎｅｍａｔｉｃｓＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒａＰａｒａｌｌｅｌＲｏｂｏｔＭｅｃｈａｎｉｓｍｗｉｔｈ２ＴｒａｎｓｌａｔｉｏｎａｌＦｒｅｅｄｏｍａｎｄ２ＲｏｔａｔｉｏｎａｌＦｒｅｅｄｏｍＹＵＳｈｕｎ－ｎｉａｎ，ＣＨＥＮＥ－ｘｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉｍｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｐａｒａｌｌｅｌｒｏｂｏｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｗｏｄｅｇｒｅｅｓｏｆｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎｌｆｒｅｅｄｏｍａｎｄｔｗｏｄｅｇｒｅｅｓｏｆｒｏｔａｔｉｏｎａｌｆｒｅｅｄｏｍｉｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｃｌｏｓｅｄ－ｆｏｒｍｅｄｓｏｌｕｔｉｏｎｓａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒｂｏｔｈｔｈｅｉｎｖｅｒｓｅａｎｄｄｉｒｅｃｔｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ．Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｄｅｃｏｕｐｌｉｔｙｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｉｍｉｌａｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｓｎｏｔｏｎｌｙｓｉｍｐｌｅｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｂｕｔａｌｓｏｆｅｗｅｒｓｏｌｕｔｉｏｎｓｆｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎａｎａｌｙｓｅｓ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ａｓｅｒｉｅｓ－ｐａｒａｌｌｅｌｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｏｆＣｈｉｎｅｓｅｍａｓｓａｇｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐａｒａｌｌｅｌｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｔｈｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ’ ｓｗｏｒｋｓｐａｃｅｗａｓｌａｒｇｅａｎｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｐｅｒｔｙｗａｓｆａｖｏｕｒａｂｌｅ．Ｔｈｅｐａｒａｌｌｅｌｒｏｂｏｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｈａｓｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｓｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｒｏｂｏｔｓ，ｍｉｃｒｏｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ，ｖｉｒｔｕａｌａｘｉｓｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓ，ｄａｍｐｉｎｇｐｌａｔｆｏｒｍｓａｎｄｅｔｃ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐａｒａｌｌｅｌｒｏｂｏｔｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｐｏｓｉｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ，ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｄｅｃｏｕｐｌｉｔｙＢ′ Ｃ′ ＤＣＸＹＸ′ Ｚ′Ｙ′Ａ′ ＯＡ图１四自由度并联机构ＺＯ′ Ｂ专题论坛ＦｏｒｕｍｏｎＳｐｅｃｉａｌＴｏｐｉｃ

三自由度并联机械手的设计..

学号：密级：武汉东湖学院本科生毕业论文(设计) 三自由度并联机械手的设计院(系)名称：机电工程学院专业名称：机械设计制造及其自动化学生姓名：指导教师: 二〇一六年五月六日

郑重声明我郑重声明：本人恪守学术道德，崇尚严谨学风，所呈交的学术论文是本人在老师的指导下，独立进行研究工作所取得的结果。除文中明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何他人已经发表和撰写过得内容。论文为本人亲自撰写，并对所写内容负责。本人签名：日期：2016年5月7号

摘要随着机器人技术的快速发展，并联机械手的应用领域越来越广，已成为当今机器人领域新的研究热点。针对并联机械手机构比传统串联机械手更复杂的问题，本文以一种轻型高速的三自由度Delta 并联机械手为例，在完成其运动学的基础上，对并联机械手进行了建模以及装配。首先，本文介绍了三自由度并联机械手机构的工作原理，并对其进行了运动学分析。其中，对机构的自由度进行的计算，采用几何法求得了其运动学正解以及其运动学逆解。其次，对机构进行了速度模型及雅克比矩阵的分析。实现了solidworks对机构的零部件与装配图三维建模。最后，通过个零部件的配合，实现了三自由度并联机械手的装配。关键词：并联机械手；三自由度；3D建模

ABSTRACT With the rapid development of robot technology, parallel manipulator used more and more widely, has become the hot spot in the field of new robots today. In view of the parallel manipulator mechanism more complex than the traditional serial manipulator problem, based on a lightweight high-speed three degree of freedom parallel manipulator as an example, the Delta at the completion of its kinematics, on the basis of the parallel manipulator has carried on the modeling and assembly. First, this paper introduces the working principle of three degrees of freedom parallel manipulator mechanism, and carries on the kinematics analysis. Among them, the institution of degree of freedom for the calculation of geometric method is used to obtain the positive kinematics solution and its inverse kinematics solution. Second, the institutions for the velocity model and the Jacobi matrix analysis. Implements the solidworks for spare parts and assembly drawing 3 d modeling of the organization. Finally, by a spare parts, implements the three degree of freedom parallel manipulator assembly. Keywords: Parallel manipulator；Three degrees of freedom；3D modeling

Delta并联机器人的机构设计1

零件的设计与选型 1 定平台的设计定平台又称基座，在结构中属于固定的，具体的参数见图一，厚度20cm。定平台的等效圆半径为210mm。材料选用铸铁，铸造加工，开口处磨削加工保证精度。最后进行打孔的工艺。图一定平台设计图

具体参数为长* 厚* 宽：880mm*10mm*20mm。孔的参数为φ10*10mm。材料用铝合金，设计为杆式，质量小，经济，同时也满足载荷条件。图二驱动杆的设计图 3 从动杆的设计具体参数为长* 宽* 高：620*20*10mm。孔参数为φ10*10mm。材料选用铝合金。图三从动杆的设计图

参数如下图，考虑到重量因素，采用铝合金，切削加工。动平台的等效圆半径为50mm，分布角为21.5°。图四动平台的设计图 5 链接销的设计 45号钢，为主动杆和定平台的连接销：φ9*66mm。

6 球铰链的选型目前，大多数的Delta机构的主动杆与从动杆的链接方式为球铰链的链接。球型连接铰链是用于自动控制中的执行器与调节机构的连接附件。它采用了球型轴承结构具有控制灵活、准确、扭转角度大的优点，由于该铰链安装、调整方便、安全可靠。所以，它广泛地应用在电力、石油化工、冶金、矿山、轻纺等工业的自动控制系统中。球铰链由于选用了球型轴承结构，能灵活的承受来自各异面的压力。本文选用球铰链设计，是主要因为球铰链的可控性，以及结构简单，易于装配。且有很好的可维护性。本文选用了伯纳德的SD 系列球铰链，相对运动角为60°。 7 垫圈的选型此处我们选用标准件。GB/T 97.1 10‐140HV ，10.5*1.6mm。 8 电机的选型本设计的Delta 机器人，主要面向工业中轻载的场合，比如封装饼干等。因此，以下做电动机的选型处理。由于需要对角度的精确控制，因此决定选用伺服电机。交流伺服电机有以下特点：启动转矩大，运行范围广，无自转现象，正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转，这也是Delta 机构需要的。交流伺服电动机运行平稳、噪音小。但控制特性是非线性，并且由于转子电阻大，损耗大，效率低，因此与同容量直流伺服电动机相比，体积大、重量重，所以只适用于0.5-100W 的小功率控制系统。在本设计中，电动机的功率计算如下：机构的最高速度不超过2m/s，考虑到运动杆件重量，摩擦力等。综合载重5kg。则，P=FV=5kg*10m/s2*2m/s=100W。取安全因子为1.2，则每个电机的功率为 1.2*100W/3=40W。故初步选用下面下表两款：

对四自由度并联机构分析

对四自由度并联机构分析摘要：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。机构有串联机构，并联机构，各有其优缺点. 关键词：并联机构；四自由度；分析 Analysis of a novel four -degree -of -freedom parallel mechanism Abstract：Parallel Mechanism is usually called for short PM, which can be defined as the mobile platform and the platform through at least two independent movements of the chain that can be connected. Agencies have series mechanisms, parallel mechanism, each have its advantages and disadvantages. Keywords：parallel manipulator; 4 –DOF;analysis 并联机构比起传统的串联机器人机构具有更高的刚度,更好的精度和承载能力,被广泛应用到航天器对接装置、雷达定向装置以及虚拟轴高速并联机床等领域,尤其是少自由度并联机器人机构还具有结构简单、控制方便等优点,被很多研究者关注,不断提出各种新型少自由度并联机器人机构并开展相应分析,在这些并联机构中,连接上下平台的支链主要为传统的串联支链, 由于杆长约束因素, 工作空间较小,无法满足一些特种机器人工作空间大、结构紧凑的要求. 由于平行四边形机构具有较好的缩放特性,有学者将其运用到并联机器人机构的结构综合中, Bruno和Jungw on等利用该机构设计了能够获得大工作空间的机器人操作平台, Nao -hi ro Hara将其应用在飞行机器人的机翼上改善了144%的升力, Grigore Gogu运用该机构设计出了一系列的各向同性的机器人机构, S bastien Briot设计了具有承载能力大、水平和垂直方向具有独立运动的机器人机构。本文作者利用平行四边形及其特殊形状—菱形,演绎出具有大缩放比的平行四边形机构支链和菱形机构支链, 通过用菱形机构虚拟轴代替传统串联支链实轴的方法, 提出一种具有结构紧凑、工作空间大的新型四自由度并联机器人机构, 利用螺旋理论对该机构进行了自由度分析。 1 菱形机构设计如图 1 所示,当菱形在运动变形过程中, 同一条虚直线上的各点只有沿直线方向上的相对运动. 取一个菱形, 如图 2 所示, 将其顶点用转动副连接, 则此菱

三自由度3-CS并联平台机构的运动学分析

三自由度3-CS并联平台机构的运动学分析于靖军;毕树生;宗光华;黄真【期刊名称】《航空学报》【年(卷),期】2001(022)003 【摘要】With the development of parallel mechanisms research, spatial imperfect-DOF parallel mechanisms especially some constrained 3-DOF parallel mechanisms have received more attention for the advantages of their simple structure, easy control and low cost. In this paper, a novel model of constrained 3-DOF parallel manipulator—3-CS in-parallel platform mechanism is introduced firstly. The instantaneous possible motion characteristics for this mechanism are analyzed in detail by applying the screw theory. In addition, the first order kinematic analysis of the 3-CS mechanism is discussed thoroughly, which involves deriving three motion constraint equations for the output motions of the manipulator and formulating the kinematic influence matrix (also called Jacobian of the mechanism) reflecting the velocity relationship between three independent input motions and three independent output motions in a closed form. At last, the closed-form solutions are developed for both the inverse and forward position kinematics.%首先介绍了一种新型的并联机构——三自由度3-CS并联平台机构的模型。应用螺旋理论分析了该机构的瞬时运动。同时对该机构进行了运动学分析：给出了操作平台的输出运动参数的3个运动约束方程和3个独立输出运动参数与3个独

六自由度并联机器人基于外文翻译、中英对照、英汉互译讲解

基于Grassmann-Cayley代数的六自由度三足并联机器人的奇异性条件 Patricia Ben-Horin，Moshe Shoham，IEEE准会员关键词：指数，Terms-Grassmann-Cayley代数，奇异性条件，六自由度三足机器人摘要本文研究了每一个腿上都有一个球形接头的大多数六自由度并联机器人的奇异性条件。首先,应该确定致动器螺丝位于腿链中心，然后在使用基于Grassmann-Cayley代数和相关的分解方法来确定这些螺丝包含的哪些条件是导数刚度等级不足的。这些工具是非常有用,因为他们可以方便的表示坐标-并用简单的表达式来表示几何实体,从而使用几何解释奇异性条件是更容易获得。利用这些工具, 这类奇异性条件的144种组合被划定在四个平面所相交的一个点上。这四个平面被定义为这个零距螺丝球形关节的位置和方向。一、介绍在过去的二十年里,许多研究人员一直在广泛地研究并联机器人的奇异性。不像串联机器人, 尽管并联机器人失去了在奇异配置中的自由度,而且执行器都是锁定的，但是他们的的自由度还是可以获得的。因此,对这些不稳定姿势的机器人的全面研究对于提高机器人的设计和确定机器人的路径规划是至关重要的。用于寻找并联机器人奇异性的主要的方法之一,是基于计算雅可比行列式进行计算。Gosselin和安杰利斯的分类奇异性的闭环机制是通过考虑两个雅克比定义输入速度和输出速度之间的关系。圣鲁克和Gosselin减少了定义的雅可比行列式算术操作要求,从而通过数值计算得到多项式。另一个重要的工具,是用螺旋理论分析奇异性,在1900的论文中中开发机器人的相关应用程序，有几项研究已经应用这个理论找到并联机器人的奇异性。在论文中，特别注意到情况是执行机构是线性和代表螺丝是零投的。在这些情况下,

六自由度并联机构设计说明书

（需微要信 swan165 本科毕业设计说明书题目：六自由度伸缩式并联机床结构设计学生姓名：学院：机械学院系别：机械系专业：机械电子工程班级：机电10-4班指导教师：讲师

摘红字要并联系联机微床信，也可叫获取做整套并联结构机床(Parallel Structured Machine Tools)、虚拟轴机床(Virtual Axis Machine Tools)，曾经被称为六条腿机床、六足虫(Hexapods)。并联机床是近年来国内外机床研究的方向，它具有多自由度、刚度高、精度高、传动链短、制造成本低等优点。但其也不足之处，其中位置正解复杂就是关键的一条。6-THRT伸缩式并联机床是Stewart 机床的一种变形结构形式，它主要构成是运动和静止的两个平台上的6个关节点分别分布在同一个平面上，且构成的形状相似。并联机床是一种气动机械，集气（液），在一个典型的机电一体化设备的控制技术，它是很容易实现“六轴联动”，在第二十一世纪将成为主要的高速数控加工设备。本次毕业设计题目结合本院实验室现有的六自由度并联机床机构进行设计，使其能根据工艺要求进行加工。提高学生的工程素质、创新能力、综合实践及应用能力。此次毕业设计的主要内容是对并联机床结构设计，其内容主要包括机器人结构设计总体方案的确定，机器人机构设计的相关计算，以及滚珠丝杠螺母副、步进电机、滚动轴承、联轴器等主要零部件的计算选用，并利用CAXA软件绘制各相关零部件的零件图和总装配图，以期达到能直观看出并联机床实体机构的效果。关键词：并联机床；步进电动机；空间变换矩阵；滚珠丝杠螺母副

Stewart平台是六自由度并联机构

一、设计（论文）目的、意义设计目的及意义 Stewart平台是六自由度并联机构的基础平台。Stewart平台具有诸多优良特性，它在许多领域得到了广泛应用。六自由度运动平台由于应用场合不同，采用不同的驱动方式。目前，这种并联机构驱动方式主要包括电机驱动滚珠丝杠驱动方式、阀控液压缸驱动方式、气动人工肌肉驱动方式、电动液压混合执行器驱动方式、压电陶瓷驱动方式、电机驱动滑轮钢索驱动方式等。阀控液压缸驱动方式的优点是刚度大、抗干扰能力强、功率-重量比和力矩-惯量比大、响应速度快、系统频带宽。对该平台的驱动机构设计对于深刻理解并联机床和运动模拟器的机理具有重要的意义。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）设计内容：对Stewart平台的运动学参数进行了理论分析和计算。重点分析了动平台的位置、速度和加速度和支撑杆的相应参数之间的关系。对Stewart平台的驱动机构进行了设计和校核,并完成了平台的各个组件的设计。三、设计（论文）完成后应提交的成果（一）计算说明部分设计说明书字数在1.5万字以上（说明书一式1份）。（二）图纸部分 1、装配图A0一张。 2、零件图若干张 3、总折合图纸当量A0三张。

四、设计（论文）进度安排 2015年03月02日-2015年03月20日确定题目，下达任务书；学生调研、收集、查阅资料，完成开题报告。 2015年03月21日-2015年03月30日平台的方案、总体布局及工作原理分析。 2015年04月01日-2015年05月15日结构组件进行综合性设计，其中包括液压缸组件设计、相关阀设计等。 2015年05月16日-2015年06月06日整体装配图的绘制以及相关设计计算的整理 2015年06月06日-2015年06月14日准备答辩。五、主要参考资料 1刘文涛.并联机床性能分析与研究[D]. 哈尔滨工业大学博士学位论文，2010 2 李洪人.液压控制系统[M]. 国防工业出版社，2009 3张尚盈. 液压驱动并联机器人力控制研究[J]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2009. 4梁军,付铁. 基于Stewart平台的并联机床刚度分析[J]. 现代制造工程, 2008 5文福安,梁崇高,廖启征. 并联机器人机构位置正解[J]. 中国机械工程, 2009 6黄真,孔令富,方跃法. 并联机器人机构学理论及控制[M]. 北京:机械工业出版社,2007 7熊有伦, 丁汉, 李恩沧. 机器人学[M]. 北京: 机械工业出版社, 2012. 8赵强. 六自由度舰艇运动模拟器的优化设计及性能分析[M]. 哈尔滨工业大学, 2010 9黄真,杜雄. 3 /62SPS型Stewart机器人的一般线性奇异分析[J]. 中国机械工程2010 10吴江宁，骆涵秀，李世伦.并联式六自由度电液平台的控制与应用[J]. 机床与液压，2006年第6期六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日

并联六自由度运动平台

并联六自由度运动平台 1．概述并联六自由度运动平台通过六个驱动缸（伺服缸或电动缸）的协调伸缩来实现平台在空间六个自由度的运动，即平台沿x、y、z向的平移和绕x、y、z轴的旋转运动（包括垂直、水平、横向、俯仰、侧倾和旋转六个自由度的运动），以及这些自由度的复合运动。并联六自由度运动平台可用于机器人、飞行模拟器、车辆驾驶模拟器、新型加工机床、及卫星、导弹等飞行器、娱乐业的运动模拟（动感电影摇摆台）、多自由度振动摇摆台的精确运动仿真等。图0-1：六自由度及其坐标系定义图我公司通过自行设计、安装调试，并开发控制软件，同时采用进口关键件对并联六自由度运动平台进行研究开发，目前已完成多套六自由度运动平台应用，典型应用有列车风档液压仿真试验台、F1国际赛车运动仿真台、汽车驾驶模拟器、飞机和飞碟运动模拟器、振动谱试验、海浪模拟试验等。六自由度运动平台的研制，涉及机械、液压、电气、控制、计算机、传感器，空间运动数学模型、实时信号传输处理、图形显示、动态仿真等一系列高科技领域，是液压及控制技术领域的顶级产品。 2．系统组成 2.1液压伺服类典型的液压式并联六自由度运动平台主要由机械系统、液压系统、控制系统硬件和控制系统软件四部分组成。

机械系统主要包括：承载平台、上下连接铰链、固定座。液压系统主要包括：泵站系统、伺服阀、驱动器、伺服油缸和阀块管路。控制系统硬件主要包括：实时处理器、伺服控制单元、信号调理单元、监控单元和泵站控制单元。控制系统软件包括：实时信号处理单元、实时运算单元、伺服控制和特殊要求处理单元。 2.2 电动伺服类电动式并联六自由度运动平台则将伺服油缸用电动缸代替，而伺服阀、泵站系统及阀块管路等则相应取消，增加运动控制单元。具有系统简洁、响应速度快等优点，是多自由度平台今后重点发展的方向。 3．主要技术参数以下参数为液压类平台典型值，具体可按用户要求设计制造。 3.1平台主要参数平台最大负载：静态≥2000KG，动态≥3000KG。上平台球铰分布园直径1400mm，相邻球心距离157mm；下平台球铰分布园直径1600mm，相邻球心距离167mm；伺服缸最小球铰球心距离800mm，最大长度1200mm；（采用Φ63/45~400缸体）。平台初始高度约700mm。 3．2 泵站技术指标额定流量：90L/min 最大系统压力：12Mpa；泵站电机功率：22KW；空间尺寸：1400×1200×1320 3.3 运动参数伺服缸运动速度≥200mm/S；有效行程≥400mm。主要运动参数如下表：

第05章空间机构的自由度分析

第5章空间机构自由度分析的约束螺旋求解法对机构最基本的认识是要知道它的自由度，机构的自由度计算原本是一个简单的问题，用传统的Kutzbach-Grübler公式[1-3]就可以获得正确的结果，而且仅仅基于算术运算。这个最基本的问题几乎在所有的教科书上都有论述。这里为什么还要论及呢？在机构学的发展历程中，发现了不少的机构不符合上述公式[4-5]。这种情况长期来倒还能容忍，到底当时该公式对于绝大多数机构还是适用的，特别是适用于众多的平面机构。但是在近十年来当空间机构研究迅速发展时，问题变得突出起来，传统的大家熟悉的这个公式常常算不出正确的结果，特别是在新世纪开始前后的这十年间，国际机构学界开展了少自由度并联机器人新机构的研究，这个不为人们重视的自由度计算却经常让人们迷惑，用公式常常不能够得到正确的结果。甚至到了新世纪的2002年，美国马里兰大学的Tsai教授在分析他发明一种3自由度并联机构时再次指出，如果用Kutzbach-Grübler公式计算该机构的自由度数将会得到错误的结果[6]。这样，人们不得不采取其它麻烦的分析方法[7-11]，多花费了很多的时间。究其原因，认识到这是由于在机构中存在过约束（overconstrained）的缘故，约束被重复计算了。许多人不断寻找新的普遍适用的机构的自由度计算公式，仅举文献[12-13]。人们提出过许多新概念，包括公共约束、虚约束等等。文献[14,15]还建议自由度公式中应采用机构螺旋系的“阶”。在这方面国内也有许多学者进行了有意义的研究，文献[16]以闭合约束数定义公共约束以确定阶，文献[17]以非线性代数方程组的相关性来判定机构的“秩”，然而他却是一个十分困难的求解问题。考虑“过约束”去对Kutzbach-Grübler公式加以修正，关键是如何分析过约束，到这个新世纪开始，这个问题在国际上一直未能解决。还有一些学者甚至还采取如李代数和群论[18-20]等现代数学来探讨，也取得了一些进展。然而，李代数和群论的应用本身到更加使人感到迷茫，难道处理这种机构学中最基本最常见的问题，非得用这些普通科技人员很难懂的高深的现代数学吗？如果真是那样，将来也是难以推广应用，也不利于科技的发展。确实，自由度分析首先应保证正确，还特别要求尽可能的简单。本文应用螺旋理论来处理这个问题，表现的比较简单。当黄真在1991年出版的著作[21]中就提出以反螺旋重新定义公共约束，进行了四杆机构的自由度的计算。这样的定义使公共约束有了明确的物理概念，便于计算，而且还方便地确定机构的阶。在1997年出版的专著[22]中进一步集中讨论了机构的自由度计算问题。除了以反螺旋定义公共约束外，特别是研究了在构成并联机构时出现的冗余约束，并分析了许多不同阶的过约束机构。在后来的许多关于少自由度新机型的研究中都应用了这个自由度的判别方法。最后文献[23]又归纳形成完整的“基于约束螺旋的求解自由度的新方法”。这个方法的特点在于它仅仅基于螺旋理论中的最简单部分，具有线性代数基础的科技人员都不难掌握，分析过程又简单、快捷。本章就介绍这种基于约束螺旋求解自由度的新方法。在只需要一只铅笔、一张纸，绝大多数情况下花费几分钟就能得到正确的答案。这种方法对广大的机械工程师将非常适用。本章最后还介绍机构实现确定运动的条件，讨 1 ··

(完整版)并联机器人发展现状与展望

并联机器人发展现状与展望引言并联机器人是一类全新的机器人,它具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点,在21世纪将有广阔的发展前景。本文根据掌握的大量并联机器人文献,对其分类和应用做了简要分析和概括，并对其在运动学、动力学、机构性能分析等方面的主要研究成果、进展以及尚未解决的问题进行了阐述。 1并联机构的发展概况（一）并联机构的特点并联机构是一种闭环机构,其动平台或称末端执行器通过至少2个独立的运动链与机架相联接,必备的要素如下:①末端执行器必须具有运动自由度;②这种末端执行器通过几个相互关联的运动链或分支与机架相联接;③每个分支或运动链由惟一的移动副或转动副驱动。与传统的串联机构相比，并联机构的零部件数目较串联构造平台大幅减少，主要由滚珠丝杠、伸缩杆件、滑块构件、虎克铰、球铰、伺服电机等通用组件组成。这些通用组件可由专门厂家生产，因而其制造和库存备件成本比相同功能的传统机构低得多，容易组装和模块化。除了在结构上的优点，并联机构在实际应用中更是有串联机构不可比拟的优势。其主要优点如下：（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进给速度与加速度,适于高速数控作业。（3）运动精度高。这是与传统串联机构相比而言的,传统串联机构的加工误差是各个关节的误差积累,而并联机构各个关节的误差可以相互抵消、相互弥补，因此，并联机构是未来机床的发展方向。（4）多功能灵活性强。可构成形式多样的布局和自由度组合,在动平台上安装刀具进行多坐标铣、磨、钻、特种曲面加工等，也可安装夹具进行复杂的空间装配，适应性强，是柔性化的理想机构。（5）使用寿命长。由于受力结构合理，运动部件磨损小，且没有导轨，不存在铁屑或冷却液进入导轨内部而导致其划伤、磨损或锈蚀现象。并联机构作为一种新型机构，也有其自身的不足，由于结构的原因，它的运动空间较小，而串并联机构则弥补了并联机构的不足，它既有质量轻，刚度大，精度高的特点，又增大了机构的工作空间，因此具有很好的应用前景，尤其是少自由度串并联机构，适应能力强，且易于控制，是当前应用研究中的一个新热点。（二）并联机构的分类从运动形式来看，并联机构可分为平面机构和空间机构；细分可分为平面移动机构、平面移动转动机构、空间纯移动机构、空间纯转动机构和空间混合运动机构, 另可按并联机构的自由度数分类：

Stewart型六自由度并联机构控制

Stewart型六自由度并联机构控制【摘要】本文对Stewart 型六自由度并联机构的控制步骤进行了描述，提出了一种六自由度并联机构的控制方法。其结构简洁，可靠性高，具有一定的工程实用价值，并且广泛适用于各领域Stewart 型六自由度并联机构的控制。【关键词】Stewart 型六自由度实时控制反解 1 引言六自由度并联机构是近些年研究的热点技术之一。目前该机构已广泛应用于坦克驾驶模拟、高速列车模拟、船舰驾驶模拟、汽车驾驶模拟、飞行器驾驶模拟、等多种驾驶员培训设备及公众娱乐设备之中[1]。六自由度并联机构具有如下特点：（1）并联机构运动平台由多杆支承，与串联结构相比刚度大、结构稳定；（2）与串联结构相比，在相同自重与体积下承载能力高；（3）并联机构末端件没有串联结构末端件的误差积累和放大作用，误差小、精度高；（4）基于并联机构的机械很容易将电机置于机座上，运动负荷比较小，而基于串联机构的机械其电机及传动系统都放在运动件上，增加了系统的惯性，恶化了动力性能；（5）在运动学求解上，并联机构正解困难、逆解非常容易，而串联机构的正解容易、逆解十分困难，由于在实时控制这些机构时要计算逆解，故并联机构在这方面很有优势。本文对Stewart型六自由度并联机构的控制步骤进行了描述，提出了一种六自由度并联机构的控制方法。 2 并联机构反解 Stewart型六自由度并联机构的分析是其控制策略设计的基础，因此确定机构模型对之后的研究至关重要。分析其模型的一般方法为先对Stewart化简如图1所示。上下平台间通过六根电动缸和12个铰点连接，通过1～6六根电动缸的运动驱动上平台做指定的运动。如图1所示上平台建立惯性坐标系（也称为静坐标系）Ob-XbYbZb和连体坐标系（也称为动坐标系）Op-XpYpZp，静坐标系与动坐标系在初始位置时是完全重合的，坐标系的方向如图1所示。上平台中心在连体坐标系中的坐标向量为ai（i=1，2，……，6），下平台中心在静坐标系的坐标为Bi（i=1，2，……，6）。这样上下台面的12个点都对应一个初始坐标值[2]。当上平台位置改变时，可根据平面上点的关系求出新点P的坐标值。

并联机构及机器人

并联机构及机器人并联机构（Parallel Mechanism，简称PM），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。特点是所有分支机构可以同时接受驱动器输入，然后共同决定输出。 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（图1）；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（图2）；之后，Gough 在1962年发明了一种基于并联机构的六自由度轮胎检测装置（图3）；三年后，Stewart首次对Gough发明的这种机构进行了机构学意义上的研究，并将其推广应用为飞行模拟器的运动产生装置，这种机构也是目前应用最广的并联机构，被称为Gough-Stewart机构或Stewart 机构。并联机构的特点：（1）与串联机构相比刚度大，结构稳定；（2）承载能力大; （3）微动精度高; （4）运动负荷小; （5）在位置求解上，串联机构正解容易，但反解十分困难，而并联机构正解困难反解却非常容易。从运动形式来看，并联机构可分为平面机构和空间机构；细分可分为平面移动机构、平面移动转动机构、空间纯移动机构、空间纯转动机构和空间混合运动机构。另可按并联机构的自由度数分类：（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。 2自由度并联机构，如5-R，3-R-2-P（R表示旋转，P表示平移）。平面5杆机构是最典型的2自由度并联机构，这类机构一般具有2个平移自由度。3自由度并联机构种类较多，形式复杂，一般有以下形式，平面3自由度并联机构，如3-RRP机构、3-RPR机构、它们具有2个旋转自由度和1个平移自由度；3维纯平移机构，如Star Like并联机构、Tsai并联机构，空间3自由度并联机构，如典型的3-RPS机构、属于欠秩机构。4自由度并联机构大

并联机器人-文献综述

并联机器人综述引言并联机器人是一类全新的机器人,它具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点,在21世纪将有广阔的发展前景。本文根据掌握的大量并联机器人文献,对其分类和应用做了简要分析和概括，并对其在运动学、动力学、机构性能分析等方面的主要研究成果、进展以及尚未解决的问题进行了阐述。第一章并联机构的发展概况 1.1并联机构的特点并联机构是一种闭环机构,其动平台或称末端执行器通过至少2个独立的运动链与机架相联接,必备的要素如下:①末端执行器必须具有运动自由度;②这种末端执行器通过几个相互关联的运动链或分支与机架相联接;③每个分支或运动链由惟一的移动副或转动副驱动。与传统的串联机构相比，并联机构的零部件数目较串联构造平台大幅减少，主要由滚珠丝杠、伸缩杆件、滑块构件、虎克铰、球铰、伺服电机等通用组件组成。这些通用组件可由专门厂家生产，因而其制造和库存备件成本比相同功能的传统机构低得多，容易组装和模块化。除了在结构上的优点，并联机构在实际应用中更是有串联机构不可比拟的优势。其主要优点如下：（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进给速度与加速度,适于高速数控作业。（3）运动精度高。这是与传统串联机构相比而言的,传统串联机构的加工误差是各个关节的误差积累,而并联机构各个关节的误差可以相互抵消、相互弥补，因此，并联机构是未来机床的发展方向。（4）多功能灵活性强。可构成形式多样的布局和自由度组合,在动平台上安装刀具进行多坐标铣、磨、钻、特种曲面加工等，也可安装夹具进行复杂的空间装配，适应性强，是柔性化的理想机构。（5）使用寿命长。由于受力结构合理，运动部件磨损小，且没有导轨，不存在铁屑或冷却液进入导轨内部而导致其划伤、磨损或锈蚀现象。并联机构作为一种新型机构，也有其自身的不足，由于结构的原因，它的运动空间较小，而串并联机构则弥补了并联机构的不足，它既有质量轻，刚度大，精度高的特点，又增大了机构的工作空间，因此具有很好的应用前景，尤其是少自由度串并联机构，适应能力强，且易于控制，是当前应用研究中的一个新热点。 1.2并联机器人的研究现状. 并联机构的最早应用可以追溯到1938年，Polladr提出采用并联机构作为汽车喷漆装置。Gough在1948年提出用一种关节连接的机器来检测轮胎(见图