6-DOF并联结构运动模拟台说明书
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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。
《新型六自由度运动模拟器的性能分析与设计》篇一一、引言随着科技的不断进步,六自由度(6-DOF)运动模拟器在许多领域如军事训练、航天仿真、医疗康复等应用越来越广泛。
本文旨在深入分析新型六自由度运动模拟器的性能,并对其设计进行探讨。
二、六自由度运动模拟器概述六自由度运动模拟器是一种能够模拟多种运动状态的设备,它能够在三维空间内实现平动和转动等六个方向上的自由运动。
该设备主要利用计算机控制系统和执行机构进行实时控制,以达到精确模拟的效果。
三、性能分析(一)运动性能分析新型六自由度运动模拟器具有较高的运动性能,能够在短时间内实现多种复杂运动轨迹的模拟。
其运动范围广,响应速度快,可满足不同场景下的需求。
此外,该设备具有较高的动态性能和稳定性,能够在运动过程中保持较高的精度和稳定性。
(二)控制性能分析新型六自由度运动模拟器的控制性能也是其重要的性能指标之一。
该设备采用先进的计算机控制系统,能够实时接收指令并快速响应。
同时,该系统还具有较高的抗干扰能力和自适应性,能够在复杂的环境下保持稳定的控制效果。
(三)环境适应性分析新型六自由度运动模拟器具有较强的环境适应性,能够在不同的环境下进行工作。
其结构紧凑、易于安装和维护,且具有较强的抗振动和抗冲击能力,能够在恶劣的环境下保持稳定的性能。
四、设计探讨(一)结构设计新型六自由度运动模拟器的结构设计是保证其性能的关键因素之一。
设计时需考虑设备的承载能力、刚度、精度等因素,并采用先进的制造工艺和材料,以保证设备的稳定性和可靠性。
此外,还需要考虑设备的可维护性和可拆卸性,以便于设备的维护和运输。
(二)控制系统设计新型六自由度运动模拟器的控制系统是设备的核心部分,其设计直接影响到设备的性能和控制效果。
设计时需考虑控制系统的实时性、稳定性和可靠性等因素,并采用先进的控制算法和计算机技术,以保证设备的精确控制和稳定运行。
(三)软件设计软件设计是新型六自由度运动模拟器的重要组成部分,其设计需考虑用户界面、数据交互、故障诊断等功能。
(需微要信 swan165本科毕业设计说明书学校代码: 10128 企鹅号: 1663714557 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AbstractPMT (Parallel Machine Tools), also known as the parallel structure machine (Parallel Structured Machine Tools), Virtual Axis Machine Tool, has also been known as the six-legged machine, six-legged insects (Hexapods).Parallel machine is in recent years the domestic machine tool research hot spot, it has multiple degrees of freedom, high rigidity, high precision, short transmission chain, with low manufacturing cost.But its shortcomings, in which the forward solution of position of a complex is the key. 6-THRT telescopic type parallel machine tool is Stewart machine tools, a deformable structure form, it is the main characteristics of dynamic, static platform on the 6joints are respectively distributed on the same plane, and form the shape similarity.Parallel machine is a mechanical, pneumatic (hydraulic), control technology in one of the typical electrical and mechanical integration equipment. Parallel machine is easy to achieve "six-axis", is expected to become the 21st century, the main high-speed light CNC machining equipment. The combination of hospital laboratory construction project, located six-DOF parallel machine tool sector, so that it can be processed according to process requirements. Improve their engineering quality, innovation, comprehensive practice and application of skills.The main topics for the design of parallel machine tool design, its content includes the determination of robot design, robot design and calculation, and the ball screw pair, stepping motor, bearings, couplings, limit switch, spindle ,and other major components using CAXA software to draw the relevant parts of the parts drawings, and assembly drawings to achieve the parallel machine tool can directly see the effect of physical bodies.Keywords: parallel machine;Six axis linkage;space transformation matrix;ball screw pair目录第一章绪论 (1)1.1 课题的研究背景 (1)1.2 课题研究的意义 (2)1.3 课题的研究内容步骤 (2)1.3.1并联机构介绍 (3)1.3.2并联机床设计类型的选定 (3)1.3.3 并联机床结构设计的相关计算 (4)1.3.4 各零部件与装配图的设计出图 (4)第二章并联机床部件设计与计算 (6)2.1 6-THRT 伸缩式并联机床位置逆解计算与分析 (6)2.1.1 6-THRT并联机器人机械结构简介 (7)2.1.2坐标系的建立 (7)2.1.3 初始条件的确立 (8)2.1.4 空间变换矩阵的求解 (9)2.1.5 新坐标及各轴滑块移动量的计算 (10)2.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (12)2.2.1 最大工作载荷的计算 (12)2.2.2 最大动载荷的计算 (13)2.2.3 规格型号的初选 (13)2.2.4 传动效率的计算 (13)2.2.5 刚度的验算 (14)2.2.6 稳定性的校验 (15)2.3 滚动轴承的选用 (15)2.3.1 基本额定载荷 (15)2.3.2 滚动轴承的选择 (16)2.3.3 轴承的校核 (16)2.4 步进电动机的计算与选型 (17)2.4.1 步进电机转轴上总转动惯量的计算 (17)2.4.2 步进电机转轴上等效负载转矩的计算 (18)2.4.3 步进电动机尺寸 (21)2.5 联轴器的选用 (21)第三章并联机床的结构设计 (23)3.1 机床中的并联机构 (23)3.1.1概念设计 (23)3.1.2运动学设计 (23)3.2杆件的配置 (23)3.2.1 杆件设计 (24)3.2.2 伸缩套筒 (25)3.3铰链的设计(虎克铰) (25)3.4机床框架和床身的设计 (26)第四章并联机床的装配出图 (28)4.1 Pro/E软件的概述 (28)4.2 Pro/E的功能 (28)4.3 CAXA电子图版简介 (28)4.4 二维图的绘制处理 (29)第五章并联机床面临的主要技术问题及前景 (30)5.1 引言 (30)5.2机床的关节运动精度问题 (30)5.3 并联机床的未来展望 (31)结论 (32)参考文献 (33)谢辞 (34)第一章绪论1.1 课题的研究背景为了改善生产环境的适应性,满足快速变化的市场需求,近年来制造设备和系统,全球机床制造业正在积极探索和开发新的功能,其中在机床结构技术上的突破性进展当属90年代中期问世的并联机床(Parallel Machine Tools),又称虚(拟)轴机床(Virtual Axis Machine Tool)或并联运动学机器(Parallel Kinematics Machine)[12]。
《新型六自由度运动模拟器的性能分析与设计》篇一一、引言随着科技的不断进步,六自由度(6-DOF)运动模拟器在众多领域中扮演着越来越重要的角色。
它不仅在军事模拟训练、航空航天、机器人技术等领域得到广泛应用,而且在娱乐、体育以及教育领域也展现出了巨大的潜力。
本文旨在深入分析新型六自由度运动模拟器的性能与设计,以期为相关研究与应用提供参考。
二、新型六自由度运动模拟器概述新型六自由度运动模拟器是一种能够模拟三维空间中六个方向上运动状态的设备。
这六个方向包括沿X、Y、Z轴的平移运动以及绕这三个轴的旋转运动。
该模拟器通过高精度的传感器和控制系统,实现对运动状态的实时监测与控制,从而为使用者提供沉浸式的体验。
三、性能分析(一)精度与稳定性新型六自由度运动模拟器采用先进的传感器技术和高精度的控制系统,实现了高精度的运动模拟。
其误差范围极小,能够满足各种应用场景的需求。
同时,该模拟器具有很高的稳定性,能够在长时间运行过程中保持精确的运动状态。
(二)实时性与响应速度该模拟器具有极高的实时性和响应速度。
传感器能够实时监测运动状态,控制系统能够迅速作出反应,使模拟器在短时间内达到目标状态。
这种快速响应的能力使得模拟器在各种应用中都能表现出色。
(三)多功能性新型六自由度运动模拟器具有很高的多功能性。
通过更换不同的附件和软件,可以实现多种不同的应用,如军事模拟训练、航空航天模拟、机器人技术测试、娱乐游戏等。
这使得该模拟器具有很高的灵活性和适用性。
四、设计(一)硬件设计新型六自由度运动模拟器的硬件设计主要包括传感器、执行机构和控制单元。
传感器用于实时监测运动状态,执行机构负责实现运动,控制单元则负责整个系统的控制和协调。
硬件设计需要考虑到精度、稳定性、实时性以及耐用性等因素。
(二)软件设计软件设计是新型六自由度运动模拟器的关键部分。
软件需要实现对传感器数据的处理、控制算法的实现以及与执行机构的通信等功能。
同时,软件还需要具备友好的人机交互界面,以便用户能够方便地使用和操作模拟器。
摘要汽车驾驶模拟器是一种用于汽车产品开发、“人—车—环境”交通特性研究或驾驶培训的重要工具。
近年来,由于具有安全性高、再现性好、可开发性强、成本低等显著特点,研究开发驾驶模拟器已经成为国内外一个重要发展方向。
本文在查阅国内外大量资料的基础上,结合老师的研究课题主要对六自由度汽车驾驶模拟器液压系统部分进行设计。
六自由度汽车运动模拟器采用液压伺服阀控制液压缸来驱动模拟平台的运动,以实现汽车驾驶模拟器运动姿态模拟。
本文主要进行机械机构的设计、液压伺服系统设计、液压泵站设计和液压缸的设计等。
通过模拟器的机构设计和驱动液压伺服系统设计,结合电气系统能够实现汽车在不同运行状态的模拟,当驾驶员坐在驾驶舱系统的座椅上进行模拟驾驶时,完全能够感受到实际汽车驾驶的各种体感,为实车训练驾驶提供了可替代的模拟平台;本设计也为今后的进一步研究及其在娱乐模拟器、动感电影等产业的实际推广和应用方面奠定了基础。
关键词:汽车驾驶模拟器六自由度运动平台液压伺服系统运动姿态控制AbstractThe Automobile-driving i an important tool which used for the development of auto mobile product and the study of the transportation characteristics of “man-car-environment”or the driver training .In recent years, the study of the automobile-driving simulator used for development has become an important development direction in the world because of the notable characteristics of high safety, well reappearance of scene, easy to develop and low cost.This article is based on searching the large quantity of information about at home and abroad, and combines with the tea cher’s research task which mainly designs the part of 6-dof driving Simulator of hydraulic system .The 6-dof motion simulator adopts valves of hydraulic servo to control actuator to drive the movement of driving simulation platform, and to achieve the movement posture simulation of the automobile driving simulator. This article is mainly about the designing of machine, the system of hydraulic servo, hydraulic pump station, and actuator and so on.According to the designing of agencies of simulator and hydraulic servo system, it can combines the electrical system which can bring out the imitation of cars in different movement conditions, when the driver simulating drive on the seat of cockpit system, you can feel the feeling of driving a true car, and it also offer the simulator platform which can be replaced for true driving training. At the same time, this designing is also establishes for the further researches and the practice extension and use.Keywords:Driving-automobile simulator, 6-dof of motion platform, the system of hydraulic servo, the control of campaign attitude目录1绪论 (1)引言 (1)国内外发展现状 (2)1.2.1国内外研究和发展概述 (2)1.2.2驾驶模拟器的应用和发展 (3)课题任务 (5)论文的主要研究内容 (5)2 运动学及力学分析 (6)六自由度运动模拟器机构位置反解 (6)2.1.1坐标系的建立 (6)2.1.2广义坐标定义 (6)2.1.3坐标变换矩阵 (7)2.1.4液压缸铰支点坐标的确定 (8)2.1.5位置反解 (10)六自由度运动模拟器机构位置正解 (11)静力学分析 (11)3 机械及液压部分设计 (12)运动模拟平台的设计 (12)3.1.1液压缸内壁D活塞杆直径d的计算 (12)3.1.2液压缸壁厚和外径的计算 (14)3.1.3缸盖壁厚的确定 (14)3.1.3液压缸工作行程的确定 (15)3.1.4缸体长度的确定 (15)3.1.5液压系统的计算 (15)液压泵站 (17)铰链的设计 (18)执行机构单元组成 (21)电液伺服控制单元与液压系统 (22)反馈单元 (23)4 电气部分设计 (24)电气原理及接口设计 (24)4.1.1MCS-51系列单片机的引脚及其功能 (24)4.1.2单个电液伺服液压缸位置控制电路设计 (26)4.1.3扩展电路 (26)电气原理图 (27)5 结论 (28)本文结论 (28)本文研究工作的不足 (28)参考文献 (29)致谢 (30)1绪论引言驾驶模拟器是一种用于汽车产品开发、“人-车-环境”交通特性研究或驾驶培训的重要工具。
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。
本科毕业设计(论文)6-DOF并联结构运动模拟台设计某某2017年6月本科毕业设计(论文)6-DOF并联结构运动模拟台设计--大学毕业设计(论文)任务书摘要本论文在借鉴国内外先进经验技术的基础上,介绍了6-PSS并联机床的运动原理。
在满足工艺要求和机构的基础上对总体装配、运动分支、运动平台进行了设计。
并以此为依据完成所要求的图纸、说明和翻译。
其中移动副采用了伺服电机驱动滚珠丝杠副来实现,转动副采用两个虎克铰来实现,此结构简单易行。
通过受力分析,对滚珠丝杠和轴承进行了校核。
关键词6-PSS并联结构;Stewart 平台;自由度;伺服电动机;滚珠丝杠副;摘要In this paper from the domestic and foreign advanced experience technology was introduced on the basis of 6-PSS parallel machine tool of the principle of movement. In meet the technological requirements and institutions on the base of the general assembly, sports branches, the moving platform design. And based on the requirements of the complete drawings, specifications and translation. One movement, the servo motor driving ball screw pair to realize, turn the vice adopts two hooke hinge to realize, the structure is simple. Through the analysis of stress, on the ball screw and bearing checks.Keywords: 6-PSS parallel structure;Stewart platform ;freedom ;Servo motor ;Ball screw pair;目录摘要 (I)Abstract ................................................................................................................ I I 第1章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2并联机器人的应用 (2)1.3选题的意义以及研究的主要方向 (5)第2章并联结构的分析 (7)2.1自由度的确定 (7)2.2并联机构的位置分析 (8)2.2.1 位置分析的术语和定义 (8)2.2.2 并联结构位置分析的目的 (8)2.2.3 并联机构的逆向运动学 (9)2.2.4 并联机构的正向运动学 (9)第3章总体方案设计 (11)3.1概述 (11)3.2传动形式的确定 (11)3.3传动系统设计 (11)3.4设计要求 (11)3.5螺旋传动的选择 (12)3.5.1 滚动螺旋副的分类 (14)3.5.2 滚动螺旋副材料的选择 (14)3.5.3 间隙的消除和调整预紧 (15)3.5.4 滚珠丝杠副的工作原理及特 (15)3.5.5 滚珠丝杠的初定参数 (17)3.5.6 滚珠丝杠的演算 (19)3.6滚珠丝杠副安装方式的确定 (21)3.7滚珠丝杠的选择和预紧方式 (23)3.8滚珠丝杠副的润滑和防护 (24)3.9电机的初步选择 (24)3.10联轴器的选择 (25)3.10.1联轴器的分类 (26)3.10.2 联轴器类型的选择 (27)3.10.3 联轴器的选用计算 (30)3.11轴承的选用及校核 (31)3.11.1 轴承选用类型 (31)3.11.2 按额定动载荷选择轴承 (32)3.11.3 额定静载荷的计算 (33)3.11.4 轴承型号的选择 (34)3.11.5 轴承的配合 (34)3.11.6 轴承的预紧 (35)3.11.7 轴承的拆装 (35)3.12丝杠组的结构安排 (36)3.13球面副(S副的设计) (37)3.13.1 基本类型的运动副 (37)3.13.2 球面副的简介 (37)3.13.3 球面副结构设计 (38)3.14传动系统和空间铰链的连接 (38)3.15上下平台与运动分支的连接 (39)结论 (40)参考文献 (41)致谢 (43)附录1 (44)附录2 (52)附录3 (62)第1章绪论第1章绪论并联机器人末端件同时由并联的多个运动链支承和所有驱动器可以置于机座上或机座附近的结构布局,使它具有精度高、刚度大、对称性好、速度高、结构紧凑、自重负荷比小和动力学性能好等优点,近几十年来,越来越多的国内外学者从不同方向从事并联机器人技术的研究工作,越来越多的并联机器人在机械加工、仿生、军事、医疗、生物、宇航和海洋工程等领域得到应用。
随着并联机器人技术不断深入的研究,并联机器人必将为21世纪的人类文明做出更大的贡献。
1.1 课题背景燕山大学本科生毕业设计(论文)1.2 并联机器人的应用并联机器人与已经应用很广泛、很有效的串联机器人相比,往往使人感到它并不适合用作机器人,它的确还存在一些缺点,它的活动上下平台的工作空间没有串连机器人末端件的大,灵活度也相对较差,但是,并联机器人在结构上和性能上与串连机器人的对偶关系,使并联机器人有它的特殊应用领域,这也是它具有魅力而受许多学者青睐的原因,并联机器人在许多领域得到了应用,扩大了机器人的应用范围。
并联机器人具有精度高、刚度大、对称性好、结构紧凑、自重负荷比小和动力学性能好等优点,在许多领域具有其独特的应用。
自上世纪21 年代以来,美、英、日、法、德、俄、韩国等国家的研究机构和企业先后开展了对并联机器人的研究。
我国的中科院沈阳自动化所、燕山大学、哈尔滨工业大学、清华大学、天津大学、东北大学等单位先后开展了研究,并研制出多台样机,目前关于并联机器人的研究开发和应用正日益广泛。
目前,国内外关于并联机器人的理论研究主要集中在机构学、运动学、动力学和控制策略等研究领域。
关于并联机器人的应用研究涉猎的领域有:装配生产线、并联机器人机床、飞行模拟器、空间飞行器对接机构及其地面试验设备、卫星天线换向装置、海军舰艇观测台、天文望远镜跟踪定位系统以及动感娱乐平台等。
其中,对并联机器人机床研究尤为火热。
并第1章绪论联机器人的应用研究主要集中在结构设计、参数优化、误差建模等几个方面,同时也涉及到机构学、运动学、动力学和控制策略等问题。
并联机器人早期就应用于飞行模拟装置,目前国际上许多公司研制的飞行模拟装置仍采用并联机构,Franca国际公司研制的飞行训练装置即采用了并联机构;并联机器人还用作步行器或爬壁机器人的腿,如日本Hirose Yoneda实验室研制的PV-II四足步行器和TITAN系列四足步行器,都采用平面两自由度五杆并联机构作为步行机构,该实验室研制的NINJA-II系列爬壁机器人则采用的具有三个自由度的3-RPS并联机构作为移动实现机构;并联机器人还可作为串连机器人的肩关节和腕关节,如燕山大学正在研制的拟人七自由度冗余手臂,其肩关节和腕关节都采用球面三自由度并联机构:Gosselin 研究的“灵巧眼等、曾宪煌和黄田研制的机械加工数控回转台图1-5飞行模拟器图1-6 轮船模拟器Roptatop三自由度并联结构。
Y.X.Su和B.Y Duan采用并联机构研制了望远镜精密回转台,并联机器人还用于汽车装配线上,完成零部件的安装和较大部件的移动;并联机器人还应用于飞船对接、潜艇救援、地下开采、卫星天线定位、地震模拟和舰船上用手术台等需要多自由度运动且刚度好、精度高而不需要很大工作空间的场合。
并联机器人的另一个重要的应用方面,是作为微动机构。
三维空间微小移动的2um~20um之间,并有小的工作空间,这种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都非常高。
并联式微动机构的一个应用例子是用在眼科手术中,为治疗视网膜静脉闭塞,要将抗凝剂直接注射到燕山大学本科生毕业设计(论文)视网膜脉管血凝处,要用纤细的玻璃管从皮下注射针孔中间穿过,伸到视网膜脉管处,这就可以应用并联机构进行操作。
另一种在生物工程上的应用是微细外科手术中的细胞操作,例如一种微动双指并联机构,它将两并联机构再串联起来,两指头分别连于第二和第三平台,分别控制两手指头的运动,进行微细操作,每个指头都有6个自由度,十分灵活,并联机构的6个可伸长的作微运动的杆件是由压电元件驱动的。
在150V下伸长8um,工作空间长宽约130um,高为18um,另一种方案还可以将两指头分别安装于两个并联机构上,两并联机构间又再进行并联组合。
作为微动机构的另一个例子是燕山大学1994年研制的机器人误差补偿器,并联机构是6—RST型,机构外形尺寸为φ160mm×100mm,为了达到机构的小型化和提高机构的精度,T和S关节均以柔性铰链代替传统的有间隙的铰链,用以补偿串联机器人手臂所发生的误差而提高机器人的精度。
由于此机构具有6个自由度,在三维空间内任何方向的位移误差和姿态误差均可补偿,该机构三维空间的分辨率已达到0.01mm,初偿空间为±0.2mm、±0.20。
因此在理论上能将机器人的绝对精度提高到0.01mm级。
并联机器人误差补偿器,是并联机构典型的应用之一,它完全避免了并联机构自身的缺点,又充分发挥了自身的优点。
并联6 自由度运动模拟平台在车辆、船舶和飞机等的运动模拟领域应用比较广泛, 它采用的是St ew art 平台机构。
1965 年,D. Stewart 提出将并联6 自由度机构用作训练飞机驾驶员的飞行模拟器[1],因而这种由上下平台和6根驱动杆组成的并联机构也被称为“Stewart 机构”。
与串联机构相比,这种结构形式具有根大的优越性:结构布局合理、精度高、刚度大、运动速度高。
因此这种技术得到了广泛地研究发展,除用于飞行模拟器等高速、大负载的各类运动模拟器以外,近年来,还被广泛地应用于飞行器空间对接仿真器、机器人、并联机床等。
6 自由度船舶正是基于Stewart 机构的原理设计的,其控制系统采用PMAC (Programmable Multi-Axis Controller)作为核心,进行运动学反解的结算以及 6 个液压通道的实时闭环控制,使运动模拟台能够进行船舶的横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡、升沉等 6 个自由度运动的实时模拟。