并联机构
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。
与并联机构有关的书籍
与并联机构有关的书籍
1. 《并联机构探秘》：这本书就像一把钥匙，能打开你对并联机构的神秘大门哟！比如在工业机器人中，并联机构不就是那个默默奉献的强大力量嘛！
2. 《走进并联机构的世界》：嘿呀，读这本书就像是走进一个奇幻世界，你会惊叹于并联机构的奇妙之处。
就像看到那些高精密设备中它们精准运作的身影！
3. 《并联机构：奇迹的构造》：哇塞，这书里呈现的并联机构简直就是工程界的奇迹！瞧瞧那些复杂的机械系统，不正是并联机构在大显身手吗！
4. 《解读并联机构》：这本书会带你一层一层剥开并联机构的神秘面纱哦，就如同慢慢揭开一个让人好奇不已的谜团一样！比如在医疗领域，并联机构可是有着重要作用呢！
5. 《并联机构的魅力之旅》：哎呀呀，沿着这本书开启的旅程，你会深深沉醉在并联机构的魅力之中。
想想那些灵活运动的机械臂，不就是并联机构的精彩展现嘛！
6. 《探索并联机构》：这本书会像一个引路人一样，带你去探索并联机构的广阔天地。
好比在航空航天中，并联机构不也是默默助力的关键吗！
7. 《玩转并联机构》：哇哦，跟着这本书，你就能尽情玩转并联机构啦！就像玩一个超级有趣的游戏，越玩越带劲。
比如在自动化生产线中，并联机构那高效的表现，多厉害呀！
我的观点结论：这些与并联机构有关的书籍真的非常有趣，它们能让你深入了解并联机构的独特魅力和广泛应用，绝对值得一读！。
《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。
并联机构
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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；
并联机构概念设计
并联机构概念设计
并联机构（Parallel mechanism）是由2个和2个以上的驱动器（作动器）通过杆系同时作用于运动平台的空间运动机构。
它的特点是，所有的分支机构可同时接受驱动器的输入，而最终共同给出输出，并联机构在机构学上是多路闭环机构。
在工业中，3杆并联机构（Tripod）和6杆并联机构（Hexapod）应用最为广泛，如Delta 机器人和 Tricept 机器人是典型的3杆并联机构，而Stewart 平台是典型的 6杆并联机构。
其机构如下图所示：
6自由度的Delta并联机构
Stewart 运动平台
概念设计的主要内容：
1）机构综合。
根据加工要求，选定并联运动机构所需的自由度，建立相应的运动学模型。
2）空间位置分析及坐标转换。
并联运动机床的空间位置分析比较复杂，位置分析法分为正解法和逆解法。
正解法的难度比较大，一般采用逆解法。
3）工作空间和约束条件。
合理工作空间的设计是概念设计的核心，工作空间会受到构件长度、铰链的偏转角以及构件之间的干涉的约束。
4）实时运动仿真。
由于并联运动机构的运动复杂性，动平台位置及其姿态仅凭计算很难判断其正确性，加上并联运动机床的各种几何约束，能否现实给定刀头点的轨迹，最终都需要通过运动仿真来解决。
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：
并联机构与并联机器人
并联机构与并联机器人的未来展望
拓展应用领域
随着技术的不断发展，并联机器 人有望在更多领域得到应用，如
医疗、航空、深海探测等。
创新性研究
未来将有更多学者和研究团队加入 到并联机器人领域的研究中，推动 该领域的技术创新和进步。
标准化和产业化
随着研究的深入和应用需求的增长， 并联机器人有望实现标准化和产业 化，推动其大规模应用和普及。
生。
并联机构的优化方法01020304
尺寸优化
根据任务需求和性能要求，调 整并联机构的尺寸参数，以达
到更好的性能。
运动学优化
通过调整并联机构的运动学参 数，优化其运动性能，提高执
行效率。
动力学优化
根据并联机构的动态特性，优 化其驱动力和运动轨迹，以实 现更稳定、更快速的运动。
结构优化
通过改进并联机构的结构设计 ，降低重量、减小体积，提高
并联机构与并联机器人
目 录
• 并联机构简介 • 并联机器人的基础知识 • 并联机构的设计与优化 • 并联机器人的控制技术 • 并联机构与并联机器人的研究进展
01 并联机构简介
并联机构的定义
并联机构的定义
并联机构是由至少两个相互独立的运 动链所组成，通过各分支链末端的球 面副或圆柱副相连接，并实现特定运 动规律的一种特殊机构。
并联机构的组成
并联机构通常由动平台、定平台和连 接这两者的运动支链组成。其中，运 动支链是指连接动平台和定平台的所 有运动副元素。
并联机构的特点
承载能力强
由于并联机构具有多个独立的运动链，其承载能力较强，能够承受较 大的负载。
刚度大
由于并联机构的运动支链数量多，其整体刚度较大，能够保证较高的 定位精度。
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。
02
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。
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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。
并联机构的提出，最早追溯到1895年。 11993447年年，，PCoolulagdhr 1965年，Stewart平台的提汽出车（喷英漆国装工置程师） 1978年，六自由度并联8机0年器代人末的到提9出0（澳大利亚）
六自年由代度开的始轮广胎泛检研测究装置
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。
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“
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。
•并联机构的应用一
并联机床是并联 机构与机床技术相 结合的产物.
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!
•并联机构的应用二
微动机构与微型机构
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。
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
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！
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
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
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!
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。
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个以上的知驱识 动器（作 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