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。
少自由度并联机构运动学及五自由度并联机构的相关理论的开题报告
少自由度并联机构运动学及五自由度并联机构的相关理论的开题报告介绍并联机构是由多个连杆、铰链或其他连接部件组成的机构，具有较高的刚度、承载能力和稳定性。
在机器人、汽车、航空航天等领域得到广泛应用，是现代工业中不可或缺的组成部分。
本文将介绍少自由度并联机构运动学及五自由度并联机构的相关理论。
一、少自由度并联机构运动学少自由度并联机构是指其中一个移动平台在三维空间中只有3个自由度，即沿x、y、z三个方向的平移运动，没有旋转自由度。
基于此限制，我们可以设计出类似于3-3并联机构和3-UPU并联机构等少自由度并联机构。
少自由度并联机构在运动学分析中比较简单，可以利用解析法对其进行求解。
利用雅可比矩阵进行计算，可以得到机构的运动学特性，并可根据外部控制力求解机构的动力学特性。
由于少自由度并联机构的运动学模型相对简单，因此应用范围较广。
二、五自由度并联机构五自由度并联机构是指其中一个移动平台在三维空间中具有3个平移自由度和2个旋转自由度，即沿x、y、z三个方向的平移运动和绕x、y两个轴的旋转运动。
常见的五自由度并联机构包括三旋转二平移机构、UPU-RSS机构和Sarrus机构等。
与少自由度并联机构相比，五自由度并联机构运动学分析较为复杂。
对于三旋转二平移机构，可以利用Pole-zero法对其进行求解；对于UPU-RSS机构和Sarrus机构，需要进行六元素联立方程的求解。
此外，在求解过程中还需要考虑运动学奇异点问题，以避免机构在某些特定情况下无法运动或运动不稳定。
总结本文介绍了少自由度并联机构运动学及五自由度并联机构的相关理论。
少自由度并联机构运动学简单，应用范围广泛；而五自由度并联机构则需要进行更复杂的运动学分析，并需考虑运动学奇异点问题。
这些理论对于并联机构的设计和控制具有重要意义，有助于更好地理解和应用并联机构。
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。
6sps与6pss并联机构的运动与受力分析【可编辑】
6-SPS 与6-PSS 并联机构的运动与受力分析与传统的串联机构相比，并联机构的运动与受力分析具有反解容易而正解复杂的特点。
为了解并联机构的这些特点，本文针对6-SPS 和6-PSS 两种6自由度并联机构的运动和受力特性进行了简单推导，得出一些关于求解矩阵的有趣结论。
1、6-SPS 推导过程6-SPS 并联机构又称Stewart 平台，由上平台、下平台以及连接上下平台的6个支撑杆组成，支撑杆与平台通过球铰连接，支撑杆本身又能够通过液压驱动改变长度，进而驱动上平台的运动，如图1所示。
图1 6-SPS 并联机构平台1.1 运动分析首先对该并联机构进行自由度计算，下平台固定，活动构件数目13=n ，球铰个数12=R P ，移动副个数6=P P ，在每个支撑杆移动副上有一个绕轴转动的局部自由度，则局部自由度的总数为6'=F 。
根据空间机构自由度的计算公式可得：6665123136536'=-⨯-⨯-⨯=---=F P P n F P R在驱动上平台运动时，6个支撑杆的输入速度分别为621v v v ...,，上平台的运动形式为螺旋运动，既有平动，又有绕轴旋转，表示为平动速度v 和转动角速度ω，输入速度和平台速度之间有什么运算关系呢？图2 6-SPS 并联机构速度分析如图2所示，取上平台的转动中心为O ，支撑杆1与上平台的铰接处取为A ，中心O 到铰接点A 的向径为1R ，则上平台位于A 点处的速度可表示为：1R ωv v ⨯+=A设支撑杆1的方向向量为1l ，A v 向支撑杆1投影可得：)()()(111111111l R ωl v l R ωl v l R ωv l v ⨯⋅+⋅=⋅⨯+⋅=⋅⨯+=⋅A支撑杆1的输入速度1v 沿杆长方向，则A v 向支撑杆1的投影即为1v ，从而可得： )(11111l R ωl v l v ⨯⋅+⋅=⋅=A v同理可求得其余支撑杆的速度表达式分别为：)(22222l R ωl v l v ⨯⋅+⋅=⋅=A v)(33333l R ωl v l v ⨯⋅+⋅=⋅=A v......)(66666l R ωl v l v ⨯⋅+⋅=⋅=A v将6个输入速度表达式整理写为矩阵形式，可得：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ωv l R l l R l l R l l R l l R l l R l 666555444333222111654321,,,,,,v v v v v v 即：⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-6543211666555444333222111,,,,,,v v v v vv l R l l R l l R l l R l l R l l R l ωv记⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯⨯=6665554443332221111,,,,,,l R l l R l l R l l R l l R l l R l J ，则上式可简写为：⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-65432111v v v v v v J ωv(1) 式(1)即为6-SPS 并联机构支撑杆输入速度与上平台输出速度的计算关系式。
机器人机构学【ch06】并联机器人机构拓扑结构特征与综合 培训教学课件
“
可分离活动度
当机构可以分割为两个或多个独立的运动子链，且每个子链的从动连杆相对于机架的
位姿只是该子链内主动输入的函数时，该机构具有可分离活动度。
”
活动度类型与控制解耦原理
活动度类型判定准则如下： 1)当F个主动副位于同一个BKC的诸支路中时，机构具有完全活动度。
2)当F个主动副位于不同BKC的支路中时，机构具有部分活动度。
第六章
并联机器人机构拓 扑结构特征与综合
工业和信息化部“十四五”规划教材
机器人机构学
01
并联机器人机构结构组成
并联机器人机构结构组成
并联机器人机构结构分解
如图6-1所示，任一基本回路数为v的并联机器人机构可视为由动平台、静平台以及两者之间并联的v+1 个单开链(SOC)支路组成。
并联机器人机构结构组成
本运动链(BKC)组成。
基本运动链判定准则
按照机构耦合度算法，机构被依次 分解为1个SLC和v-1个SOC。
“
基本运动链的重要性质 1)基本回路数为v且只由R副组成的BKC类型只存在有限种。
”
多回路机构耦合度
2)每一种BKC的运动学正解(包括复数解)数目NBKC是一不变量，v=1～3的平面BKC的NBKC如表6-2所示。 3)并联机器人机构的混合单开链(HSOC)支路中包含BKC，有利于实现并联机器人机构控制解耦。
并联机器人机构结构组成
并联机器人机构结构组成
混合单开链支路及其等效单开链：含有回路的开链称为混合单开链，如图6-2(a)所示。
并联机器人机构结构组成
更一般地，混合单开链可由并联机器人机构(单回路机器人机构可视为回路数为1的并联机器人机构)串 联若干运动副和连杆组成，如图6-3(a)、(b)所示。
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。
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并联机器人机构构型创新设计研究
汪劲松. 关立文. 王立平. 李铁民.
提出一种并联机器人机构构型创新设计新方法——桁架推演法,该方法包括三个主要步骤:根据具体设计
需求选择自由度为0的并联机构桁架,并选择适当的推演规则;在一定的约束条件下对桁架进行推演;对推
演结果分析、判断和决策,得到新并联机构构型。最后举例说明了桁架和推演规则等对并联机器人机构构型
创新设计具有决定性影响的关键技术问题。
MATLAB 在并联机器人机构仿真中的应用
运用Matlab语言给出了平面3RRR并联机构三维仿真实体模型的简单画法及三维实体模型的运动仿真,
同时又运用微分法和影响系数两种算法仿真了机构的速度及加速度曲线,最后从仿真图中直接分析了机构
的奇异位型点,并说明了文献[7]中运用新的性能分析方法所得出的机构尺寸变化对机构性能影响的结论
的实用性。这充分展现了Matlab的科学计算可视化技术在机器人领域的应用及发展前景。
一种6-6UHU并联机器人的设计和实验研究
研制了一种新型结构的大工作空间6 6UHU并联机器人。通过对虎克铰摆角极限对机器人工作空间的影响
研究,在机构设计上解决了杆间干涉和下关节极限问题,简化了干涉检测算法,降低了运动控制算法的复杂
性,并且增大了工作空间。研制出基于DSP的多轴控制器PMAC卡的交流伺服电机控制系统和实验系统,并
进行了实验。给出了不同姿态下该机器人的工作空间分析。仿真数据和实验结果表明,所研制的新型6 6UHU
并联机器人,结构精巧,工作空间大,动平台的倾斜角达到4 5°;同时具有高刚度、高精度、操作性能好等
特点。干涉防护系统能保证机器人在大工作空间机动运行情况
3转动1移动并联机器人机构的结构综合
房海蓉. 方跃法. 胡明.
利用螺旋和反螺旋之间的互易关系,分析了给定机构运动自由度与支链约束之间的关系,提出了基于螺旋
理论的4自由度并联机器人机构结构综合的一种方法.据此构造了3转动1移动4自由度并联机器人机构
的可能支链类型,列举了多种新型对称机构和非对称机构.所提方法对其它少自由度并联机器人机构的结
构综合具有普遍意义.
并联机构激光加工系统创新设计
孙会来. 林树忠. 李洪来. 高铁红.
提出了一种新型的两自由度并联平动机构 ,并将其成功的应用到YAG激光加工平台当中。介绍了激光加工
平台的组成及控制系统组成 ,同时还分析计算了该并联实验平台的自由度 ,推导建立了该机构的位置正、
反解和速度解方程 ,给出了机构的工作空间分析及其雅可比矩阵 ,为激光加工平台提供了设计和控制的
理论依据。经技术实施表明该新型加工平台具有结构简单、控制容易、作业空间大及可实现两维任意图形
的加工等特点
新型6-HTRT并联机器人影响系数的求解
影响系数在机器人运动学及动力学分析中占有重要的地位 ,特别是高速运转时 ,二阶影响系数的影响更
不可忽略。本文在求解一阶影响系数的基础上给出了求解新型 6 HTRT并联机器人二阶影响系数的通用方
法 ,为该型号机器人基于影响系数的运动学、动力学深入求解和机构性能分析奠定了基础
并联机器人技术分析及展望
近年来并联机器人的发展已成为机器人研究领域的热点之一 ,在某些方面它具有串联结构所无法相比的优
点 ,因而扩大了机器人领域的应用范围。本文对并联机器人机构学、运动学、系统控制策略等关键技术做
了概括性分析 ,同时还介绍了两种新型虎克铰链模型 ,为高精度并联机构的设计提供了有利条件。另外文
中对并联机构研究的热点问题做了详细分析并提供了新的解决方向 ,如高精度点位控制策略、误差分析与
补偿等。最后对目前并联机构的应用及发展趋势进行了阐述 ,并指出了我国现阶段并联机构产业化中存在
的一些问题与挑战
5自由度并联机器人设计方法
本论文以螺旋理论为基础 ,提出一种系统的结构综合方法 .根据各条支链对运动平台所提供的反螺旋约
束的线性关系 ,研究了构成五自由度并联机器人机构的各条支链所有可能的运动副组合以及它们的空间几
何条件 .利用这一方法 ,设计出一组结构对称的五自由度并联机器人
3-PU~*U~*型平动并联机构的运动学分
吴光中. 李剑锋. 费仁元. 刘德忠. 管长乐. 杨小勇.
研究 3-PU U 型平动并联机构的运动学分析问题。通过将该机构简化成运动等效的机构模型 ,得到其位
置逆解公式及描述机构输入与输出速度关系的逆雅可比 ,并进一步对 3-PU U 并联机构作业空间的几何
性质、机构的运动灵活性进行了分析 ,给出了尺度参数变化对机构作业空间及运动灵活性的影响规律。分
析表明 ,该机构具有几何形状规则的作业空间及较好的运动灵活性 ,是一种较为理想的实现三移动操作
的并联机构选型
在运动反解的情况下,用搜索杆件干涉,铰链限制,主动件运动范围来求解工作空间,然后选取不同的参数
比较各个参数对工作空间的直径及高度的影响(注:是直接在delta机型基础上更改)
基于差动机构的五连杆式人机合作机器人的动力学分析
张立勋. 路敦民. 王岚. 沈锦华. R.Bernhardt.
介绍了一种基于差动机构的新型CVT(连续变速传动机构 ) ,通过CVT之间的不同耦合方法 ,构成了并联
式和串联式人机合作机器人 .分析了基于差动机构的人机合作机器人的工作原理 ,建立了差动机构的动
力学模型 .以五连杆式人机合作机器人为研究对象 ,分别建立了串联式和并联式人机合作机器人的动力
学模型 .
二平动自由度高速轻型并联机械手控制技术研究
李占贤. 黄田. 梅江平.
研究一种二平动自由度高速、轻型并联机械手的控制技术.针对这类机构的结构特点,利用虚位移原理和矩
阵奇异值理论,估算出主动关节负载惯量随位形变化的规律.在此基础上,构建了单轴误差反馈控制系统,
并通过计算机仿真预估出定增益PID调节器的参数.最后,通过实验验证了参数整定方法的正确性和有效
性.
结构解耦6-PSS并联微操作平台的研究与开发
张建军. 高峰. 金振林. 范顺成.
利用并联微操作机构的构型原理,提出了结构解耦6- PSS并联微操作平台新机构,描述了微操作平台的运
动学模型、静刚度模型、一体化结构模型、几何误差模型和标定策略,研制了微操作平台样机,给出了其测
试结果。研究表明,该并联微操作平台的结构解耦及一体化结构是成功开发的关键,为微操作平台机构构型
和结构设计提供了新思路。
面向光纤作业的精密并联机器人系统研制
张秀峰. 孙立宁. 荣伟彬.
研制出了面向光纤作业的精密并联机器人,它是一种六自由度、高精度的新型定位系统。介绍了该机器人结
构的设计特点、工作原理及由伺服电机控制的半闭环控制系统,并给出了该机构的控制方法。同时还设计了
一种新型虎克铰链,它能有效地减小因接触变形而产生的误差。另外由于借助了DSP技术,很好地解决了机
构运动学反解的实时计算问题。最后给出了在不同姿态下,并联机器人工作空间边界的仿真图及机构重复度
测试的结果。仿真和实验结果表明,该精密并联机器人具有工作空间大、系统控制精度高、机构重复精度高
等优点。
运动物体上三点速度关系及其应用
黄真. 李艳文. 郭希娟. 高峰.
讨论做空间运动的物体上不在同一直线上的三点的速度关系,提出物体上三点的速度能确定一个物体的螺
旋运动的充分必要条件是物体上不在同一直线的三点的速度在此三点决定的平面上的三条法线交于一点。
这充要条件对于分析并联机器人的一般线性丛奇异在空间的分布起到关键性的作用
多功能模块化串并联机床结构的研究
在分析当前机床技术发展趋势的基础上 ,提出了一种新型模块化串并联机床结构 ,机床主运动的实现采
用并联机构 ,工件的进给运动由串联机构实现。研究了机床主运动模块平面二自由度机构的运动特性 ,给
出了机构运动学正反解。机床采用模块化结构设计 ,据加工需要 ,可方便快捷地组合设计出不同自由度的
机床 ;运动机构串并联相结合 ,既具有结构简单、刚度重量比大、响应速度快的特点 ,又具有工作空间较
大的特点