并联机器人发展概述课件.doc
六自由度并联机器人简介
引言概述：六自由度并联是一种先进的系统，具有广泛的应用前景。
它由六个自由度的运动链组成，能够在空间中实现多轴度的同时运动。
本文将从六自由度并联的背景历史、机构设计、控制方法、应用领域和未来发展等方面进行详细阐述。
正文内容：1.背景历史介绍六自由度并联的发展背景及其重要意义；回顾早期几种并联的发展，如Gosselin并联机构、Stewart平台等；引出六自由度并联作为一种更加先进的系统的出现。
2.机构设计介绍六自由度并联的基本机构和组成部分，包括传动装置、连杆结构等；引述并解析几种常见的六自由度并联的设计方案，如最常见的3UPU并联、6UPS并联等；比较不同设计方案的特点和适用场景，探讨其优缺点。
3.控制方法介绍六自由度并联的控制方法，包括力控制、位置控制、姿态控制等；探究六自由度并联的运动学和动力学建模，以及逆运动学解算方法；讨论控制系统中的传感器选取和控制算法优化，以提高的运动精度和控制性能。
4.应用领域探讨六自由度并联在工业领域中的应用，如装配、焊接、涂覆等；介绍在医疗领域中的应用，如手术系统、康复辅助等；分析六自由度并联在航天、航空、军事等领域的应用前景。
5.未来发展展望六自由度并联的未来发展趋势，如形变机构、软体等；分析当前六自由度并联的挑战与机遇，如控制系统的复杂性、成本的降低等；提出六自由度并联在智能制造、自主交互等领域的潜在应用。
总结：本文详细介绍了六自由度并联的背景历史、机构设计、控制方法、应用领域和未来发展等方面。
六自由度并联作为一种先进的系统，在工业、医疗、航空等领域具有广泛的应用前景。
随着技术的不断进步，六自由度并联将变得更加智能、高效，推动着技术的发展和应用的普及。
并联机床专题讲座PPT课件
(d) ≤ 38 o
Stewart平台控制轴最短距离与刀具自转角的关系
120 180 刀具转角 Θ / (o)
.
14
2 并联机构精度和标定技术的研究
对XNZ2010进行标定试验
一种用于空
开发了适用于工业现场环境的并联机 间全位置和
构预标定算法；利用单自由度的相对 位置信息的测量，实现了基础平台铰 链点位置矢量的标定。研究了基于少
compensated
0.03
0.02
0.01
0
0
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20
i
erra(mm) erra(mm)
如果不考虑铰链安装误差，补偿率 r = 85.8 % 如果考虑铰链安装误差的扰动，补偿率r = 36.5%
.
16
3. 并联机床动力学
(1) 并联机床刚度分析
• 利用解析法和有限元法，研究了并联机床的 刚度特性及其分布规律，两种结果的误差小 于15％，证实了刚度模型的可靠性和准确 性，为基于刚度的并联机床设计提供了理论 依据。
.
12
(2) 非线性方程组解集边界求解算法
并联机构的结构特点决定其 输入和输出运动之间具有复杂的 非线性关系，因此在机构的运动 学、动力学、作业空间、误差分 析及运动控制中均涉及大量的非 线性方程组求解。
基于流形理论和数值连续算法,
研究和开发了一种含参数的非线
性方程组的解集边界求解算法，
可以直接搜索出一个非线性系统
姿态的测量 方法及其装 置
自由度测量信息的标定技术。
.
15
铰链间隙的误差补偿算法
0.4
0.35
uncompensate
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；
并联机器人
并联正文：1.简介本文档是一个并联的详细说明，包括的结构、工作原理、控制系统等方面的内容。
2.结构2.1 机械结构并联的结构由多个关节和连杆组成，其中关节连接主要的动力元件，连杆连接各个关节。
机械结构的设计需要考虑的运动范围、负载能力以及稳定性等因素。
2.2 末端执行器并联的末端执行器通常包括夹爪、工具等，用于完成特定的任务，如抓取、装配等。
3.控制系统并联的控制系统主要包括硬件和软件两个部分。
3.1 硬件硬件部分包括传感器、驱动器和控制器。
传感器用于对的姿态、位置等进行测量，驱动器用于驱动机械结构的关节，控制器则用于运行控制算法并实施控制策略。
3.2 软件软件部分包括运动规划、路径规划等算法的开发与实现。
通过软件控制，可以使在特定的工作空间内完成精确的运动任务。
4.工作原理并联通过控制系统的指令实现工作任务，其工作原理基于运动学和动力学原理。
的工作过程需要考虑运动学约束、静力学约束等因素。
4.1 运动学的运动学描述的位置和姿态之间的关系。
运动学约束主要包括正向运动学和逆向运动学。
4.2 动力学的动力学描述在外部力作用下的运动学特性。
动力学约束主要包括速度和加速度的限制。
5.应用领域并联广泛应用于汽车制造、航空航天、医疗卫生等领域。
的高精度、高效率和精确性使其成为许多工业任务的理想选择。
附件：本文档涉及的附件包括相关设计图纸、算法代码等。
法律名词及注释：1.并联：由多个关节和连杆组成的结构，具有高度精确性和高效率的特点。
2.运动学：描述的位置和姿态之间的关系的科学。
3.动力学：描述在外部力作用下的运动学特性的科学。
六自由度并联机器人简介
六自由度并联简介六自由度并联简介该文档旨在提供关于六自由度并联的详细介绍和相关信息，以便读者更好地了解和理解这一领域的知识。
一、概述1.1 的定义1.2 的分类1.2.1 工业1.2.2 服务1.2.3 医疗1.2.4 农业二、并联简介2.1 并联的定义2.2 并联的结构2.2.1 底座2.2.2 运动段2.2.3 驱动机构2.2.4 传感器和控制系统三、六自由度并联原理3.1 运动学原理3.1.1 正运动学3.1.2 逆运动学3.2 动力学原理3.2.1 驱动力矩3.2.2 负载力矩3.2.3 平衡性能四、应用领域4.1 工业自动化4.1.1 组装4.1.2 搬运4.1.3 焊接4.1.4 机器视觉4.2 医疗行业4.2.1 手术4.2.2 康复辅助4.2.3 精确注射4.3 其他领域应用附件：1.技术规格表2.示意图和示范视频3.相关研究论文和文献列表法律名词及注释：1.：根据国际标准ISO 8373.2012，被定义为“可编程的多关节执行机构，具有多输入和多输出功能，并且可以执行人或者人的代理人指定的任务。
”2.自由度：指并联运动系统中能够独立变动的自由度数量，代表了运动的灵活性和自由度。
3.底座：并联的机械结构中支撑运动段的基础部分，提供稳定的支撑和固定工作环境的功能。
4.运动段：并联的机械结构中负责实现任务的活动部分，由多个节段组成，可以沿多个轴线进行相对运动。
5.驱动机构：并联中用来提供力和扭矩的装置，用以产生运动段所需的力矩和推力。
6.传感器和控制系统：并联中嵌入的用于感知环境和控制执行机构的设备，用来实现的自主控制和智能化任务执行。
机器人学-并联机构与并联机器人共36页文档
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之属， 阡陌交 通，鸡 犬相闻 。
41、学问是异常珍贵Байду номын сангаас东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
并联机器人综述
并联综述并联综述1.简介1.1 背景并联是指由多个机械臂以并联的方式连接在一起，通过共享载荷、合作操作的一种系统。
其具有高刚性、高精度、高承载能力等特点，被广泛应用于工业自动化领域。
1.2 目的本文旨在介绍并联的基本概念、结构组成、工作原理以及应用领域，以便读者能够全面了解并联的特点和优势。
2.结构组成2.1 机械臂并联的核心部件是机械臂，通常由多个关节组成。
每个关节都装有驱动器和传感器，用于控制机械臂的运动和感知周围环境。
2.2 连杆和连杆驱动系统机械臂之间通过连杆连接，连杆驱动系统用于控制连杆的运动，从而实现机械臂的协同运动。
2.3 控制系统控制系统是并联的大脑，通过控制算法和传感器反馈信号，实现对机械臂的精确控制。
3.工作原理3.1 平台运动并联的机械臂通过连杆和关节传递力和运动，实现平台的运动。
平台的运动可以是平移或旋转，取决于机械臂的结构。
3.2 协作操作通过控制系统的协调控制，多个机械臂能够实现协作操作。
例如，可以通过分担负荷的方式，提高的承载能力；或者通过协同动作，完成复杂的任务。
4.应用领域4.1 制造业并联在制造业中被广泛应用于装配、焊接、喷涂等工序，能够提高生产效率和产品质量。
4.2 医疗领域并联在医疗领域中被用于手术操作，具有高精度、稳定性好的优点，减轻了医生的劳动强度。
4.3 物流领域并联在物流领域中能够完成货物的搬运、分拣等工作，提高了物流效率。
4.4 其他领域并联还可以应用于航空航天、冶金、矿山等领域，发挥更多的作用。
5.附件本文档涉及的附件详见附件部分。
6.法律名词及注释6.1 并联：由多个机械臂以并联的方式连接在一起，通过共享载荷、合作操作的一种系统。
6.2 关节：机械臂上的可转动连接部件，用于实现机械臂的运动。
6.3 传感器：用于感知机械臂周围环境的装置，能够提供位置、力量、力矩等信息。
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并联机器人发展概述随着先进制造技术的发展，并联机器人已从简单的上下料装置发展成数字化制造中的重要单元。
在查阅了大量国内外相关文献的基础上，介绍了并联机器人的特点、分类、应用，从运动学、动力学、控制策略三方面总结了近年来并联机器人的主要研究成果，并指出面临的问题。
1895 年，数学家Cauchy 研究一种“用关节连接的八面体”，开始人类历史上并联机器的研究。
1938 年Pollard 提出采用并联机构来给汽车喷漆。
1949 年Caough 提出用一种并联机构的机器检测轮胎，这是真正得到运用的并联机构。
而并联结构的提出和应用研究则开始于70 年代。
1965 年，德国人Stewart 发明了六自由度并联机构，并作为飞行模拟器用于训练飞行员。
1978 年澳大利亚人Hunttichu 把六自由度的Stewart 平台机构作为机器人机构，自此，并联机器人技术得到了广泛推广。
自工业机器人问世以来，采用串联机构的机器人占主导位置。
串联机器人具有结构简单、操作空间大，因而获得广泛应用。
由于串联机器人自身的限制，研究人员逐渐把研究方向转向并联机器人。
和串联机器人相比并联结构其末端件上同时由 6 根杆支撑，与串联的悬臂梁相比刚度大，结构稳定。
由于刚度大，并联结构较串联结构在相同的自重或体积下，有高的多的承载能力大。
串联机构末端件上的误差是各个关节误差的积累和放大，因而误差大、精度低，并联式则没有那样的误差积累和放大关系，微动精度高。
串联机器人的驱动电机及传动系统大都放在运动着的大小臂上，增加了系统的惯量，恶化了动力性能，而并联机器人将电机置于机座上，减小了运动负荷。
在位置求解上，串联机构正解容易，但反解困难。
而并联机构正解困难，反解非常容易，而机器人在线实时计算是要计算反解的。
根据并联机器人的自由度数，可以分为： 2 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。
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，该类机构的运动学正反解都很简单，是一种应用很广泛的 3 维平移空间机构；空间 3 自由度并联机构，如典型的3-RPS 机构、这类机构属于欠秩机构，在工作空间不同的点，其运动形式不同是其最显著的特点，由于这种特殊的运动特性，阻碍了该类机构在实际的广泛应用； 4 自由度并联机构。
4 自由度并联机构大多不是完全的并联机构，如2-UPS-1-RRRR机构，运动平台通过 3 个支链与顶平台相连，有 2 个运动链是相同的，各具有一个虎克铰U，1 个平移副P，其中P和1 个R是驱动副，因此这种机构不是完全并联机构。
5 自由度并联机构。
现有的 5 自由度并联机构结构复杂，如韩国的Lee 的 5 自由度并联机构具有双层结构。
6 自由度并联机构。
该类并联机器人是国内外学者研究的最多的并联机构，一般情况下，该类机构具有 6 个运动链。
随着 6 自由度并联机构研究的深入，现有的并联机构中，也有拥有 3 个运动链的 6 自由度并联机构，如3-PRPS和3-UPS 等机构，还有在 3 个分支的每个分支上附加 1 个5 杆机构作这驱动机构的 6 自由度并联机构等。
并联机构的出现，扩大了机器人的应用范围。
随着并联机器人研究的不断深入，其应用领域也越来越广阔。
并联机器人的应用大体分为六大类。
运动模拟器、并联机床、工业机器人、微动机构、医用机器人和操作器。
运动模拟器。
应用最广泛的是飞行模拟器。
训练用飞行模拟器具有节能、经济、安全、不受场地和气象条件限制、训练周期短、训练效率高等突出优点，目前已成为各类飞行员训练的必备工具。
同时，这种运动模拟器也是研究和开发各种运载设备的重要工具。
通过模拟器可以在早期发现问题、减少风险、进行综合系统验证，解决各系统间的动态匹配关系、加速系统实验过程，缩短研制周期，降低开发费用。
并联机床。
用作并联机床是并联机构最具吸引力的应用。
并联机床结构简单，传动链短，刚度大、质量轻、成本低，容易实现“ 6 轴联动”，能加工更加复杂的三维曲面。
还具有环境适应性强的特点，便于重组和模块化设计，可构成形式多样的布局和自由度组合。
工业机器人。
随着工业现代化发展的高速进程，以及加工业工艺的不断完善，技术的不断进步，工业机器人的应用被越来越多的企业认识和接受。
工业机器人既保证了产品质量，又减少了特殊环境工作的危险和实现对人员的劳动强度的降低和人员劳动保护意识的提高。
微动机构: 微动机构是并联机器人的重要应用。
微动机构发挥了并联机构的特点，工作空间不大，但精度和分辨率非常高。
医用机器人: 医疗机器人已经成为医学外科学会和机器人学会共同关注的新技术领域。
医疗机器人具有选位准确、动作精细、避免病人传染等特点。
近年来，医疗机器人引起美、法、德、意、日等国家学术界的极大关注。
操作器: 并联机器人可以用作飞船和空间对接器的对接机构，上下平台中间都有通孔作为对接后的通道，上下平台作为对接环，由 6 个直线驱动器以帮助飞船对正，对接机构还能完成吸收能量和减振，以及主动抓取、对正拉紧、柔性结合、最后锁住卡紧等工作。
对于困难的地下工程，如土方挖掘、煤矿开采，也可以采用这种强力的并联机构。
由于并联机器人能够解决串联机器人应用中存在的问题，因而，并联机器人扩大了整个机器人的应用领域。
由并联机器人研究发展起来的空间多自由度多环并联机构学理论，对机器人协调、多指多关节高灵活手抓等构成的并联多环机构学问题，都具有十分重要的指导意义。
因此，并联机构已经成为机构学研究领域的热点之一。
目前，国内外关于并联机器人的研究主要集中于运动学、动力学和控制策略三大方向。
由于并联机器人系统的复杂性，其控制策略、控制方法的研究非常困难。
最初设计控制系统时。
常常把并联机器人的各个分支当作完全独立的系统，使用一些常规控制方法进行控制，在实际中难以实现或得不到令人满意的控制效果。
最近几年，国内外学者对并联机器人控制策略的研究才有了一定进展。
Charles C ．Nguyen 等研究了Stewart 平台关节空间中的自适应控制，控制算法由PD控制构成，此算法在低速下条件能够适应静态或动态的负载变化。
Bryfogle 等进行了并联机器人力反馈控制的研究，内环采用固定增益的PID 控制和外环采用动力学模型进行前馈补偿。
Koditschek 将6-DOF并联机器人系统分为机械和电机两个子系统。
分别建立了两个子系统的模型和设计了控制器，从而得到整个系统的控制器，并证明了闭环控制系统的指数稳定性。
Y．Ting 通过研究Stewart 并联平台在任务空间的控制方法，指出控制器的设计方法是将系统模型中与未知参数有关的项同已知的、可确定的项分离开来，得到只包含未知参数的参数灵敏度模型。
Seunghoon Chae，M．Honegger 在对 6 自由度并联机器人分析的基础上，提出了非线性自适应控制方法。
Chung 等对液压驱动的Stewart 平台进行了模糊控制方法和稳定性研究，指出模糊控制器输出的大小和符号主要由位置误差决定，而速度误差仅对控制输出的大小起作用，并用Popov 稳定性判据证明了模糊系统的全局稳定性。
我国科研人员也对并联机器人的控制理论与策略方法进行了大量研究。
王洪瑞等将离散变结构理论应用于并联机器人的轨迹控制，引进了离散趋近律的概念，给出了实用的离散变结构控制算法。
孔令富等基于 6 一DOF液压并联机器人的液压主动关节控制模型，通过分析机器人动力学方程，提出一种简单有效的力补偿控制方法。
接着。
又对并联机器人力控制算法基于并行结构的计算进行了研究，设计了并行处理双机系统结构，提高了算法处理速度，保证了实时力控制。
李成刚等在分析并联机床运动学和动力学基础上，运用具有比例微分前馈环节的模型参考自适应方法，实现了对并联机床的动态控制。
左爱秋等提出了一种基于立体视觉的方法来检测六自由度平台的静动态位姿，较好地解决了六自由度平台位姿检测的难题。
王洪等根据并联机器人控制的特点，将积分变结构控制理论应用于并联机器人的轨迹跟踪，同时引入了趋近律，给出了积分变结构控制规律。
焦晓红，方一鸣针对液压伺服驱动并联机器人数学模型的特点，设计了一种具有变速趋近律的离散滑模变结构控制器。
接着，又对含有不确定性的液压并联机器人，设计了一种鲁棒自适应控制器，该控制器能够克服参数变化和负载扰动的不良影响，系统的鲁棒全局渐近稳定性和动态跟踪性能较好。
万亚民等针对液压并联机器人运动过程中的参数时变和耦合力扰动问题，通过在前馈型网络中增加反馈环节的方法，设计了一种新型动态神经网络，同时根据能全面衡量系统性能的综合目标函数，推导出了网络控制学习算法。
张泽友等通过在基本模糊控制器中引入智能积分环节，设计了一种用于并联机器人轨迹跟踪的模糊控制器，系统对参数摄动和外界干扰具有较强的鲁棒性。
何景峰等针对六自由度Stewart 型并联机器人，利用反馈线性化和PD控制实现了平移运动间的解耦，又通过设计一种解耦控制器完成了旋转输出解耦，从而实现六自由度并联机器人输出间的完全解耦。
杨志永，黄田等针对一种3-HSS 并联机床导出了外移动副驱动，含平行四边形支链结构的并联机构位置、速度及加速度逆解模型，并利用虚功原理建立其刚体动力学逆解模型，设计了一种鲁棒轨迹跟踪控制器，确保了跟踪误差的一致终值有界性。
马骁等导出了2-DOF 并联机械手的位置、速度和加速度逆解模型，并根据动能定理计算了机械手的质量惯性矩阵，实现了控制算法解耦，利用虚功原理建立了能用于实时控制的动力学简化模型，并设计了适合于并联机械手的计算力矩控制器。
近年来，并联机器人的控制精度和和实时性能等控制问题是并联机器人研究的重点，而智能控制则是并联机器人控制的高级阶段，它指的的是将模糊控制、神经网络控制等智能算法引入到并联机器人的控制中。
并联机器人具有很多传统串联机器人不具备的优点，并联机器人还有很多理论问题需要进一步的研究和完善，适用于不同工作要求的新型的并联机构有待于进一步开发。
目前，并联机器人研究所要解决的问题应包含以下内容：不同自由度的新型并联机构的研究。
研究新型的并联机构，并研究相应的运动学、动力学等理论，必将会进一步丰富并联机构领域的研究成果，并进一步扩大并联机构的应用范围；并联机器人运动学正解数值算法的研究。
主要是提高位置正解的计算速度，这项工作是并联机器人轨迹规划的基础；并联机器人动力学模型研究。