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并联机构与并联机器人[优质ppt]

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机器人学-并联机构与并联机器人

机器人学-并联机构与并联机器人

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2020/3/20
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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。

并联机器人-课件PPTb第1章 并联机器人概述

并联机器人-课件PPTb第1章 并联机器人概述

(3) 并联机构的类型
图1-3 2-PRR的2自由度并联机构 图1-4 3-RPS的3自由度并联机构
(3) 并联机构的类型
图1-5 4-UPU的4自由度并联机构
图1-6 3-5R的5自由度并联机构
(3) 并联机构的类型
图1-7 6-UPU的6自由度并联机构 图1-8 4-SPS/S的3自由度冗余驱动并联机构
并联机器人在模拟设备中的应用
六自由度飞机飞行模拟器
并联机器人在模拟设备中的应用
六自由度动感座椅
并联机器人在模拟设备中的应用
六自由度模拟平台
并联机器人在模拟设备中的应用
三自由度动感座椅
并联机器人在模拟设备中的应用
导弹运动姿态模拟器
1.3.3 并联机器人在医疗器械中的应用
医用并联微动机器人
并联机器人在医疗器械中的应用
表1.1 常见运动副的类型及其代表符号
名称 符号 类型及级别 自由度 约束数
空间低副，
转动副 R
V级副（平 面低副，Ⅱ
1R
5
级副）
空间低副，
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
移动副 P
V级副（平 面低副，Ⅱ
1T
5
级副）
螺旋副 H
空间低副 V级副
1R或1T
5
图形
基本符号
圆柱副 C
空间低副 Ⅳ级副
1RIT
4
虎克铰 U
空间低副 Ⅳ级副
2R
定平台和动平台之间用弹性连杆或弹性铰 链连接的并联机器人为柔顺并联机器人。
柔顺并联机器人
6自由度的铰链柔顺并联机器人 6自由度Stewart微操作平台
PSS柔性支链
1.2.5 按并联机器人的结构对称性分类

并联机床专题讲座PPT课件

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

并联机构与并联机器人

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。

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

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。

并联机构及机器人

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。

机器人学-并联机构与并联机器人共36页文档

机器人学-并联机构与并联机器人共36页文档
机器人学-并联机构与并联机器人
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

(2021)绳牵引平面并联机器人设计与分析完美版PPT

(2021)绳牵引平面并联机器人设计与分析完美版PPT
上述过程进行足够多的次数， 选择工作空间点最多的一组做为最终的最优 化参数, 可以应用 MATLAB 进行编程计算。
机构设计与分析
■ 2.2数值实例
基本参数如下：
a=300 b=340 l=420 L=1000
现假设移动平台的 P 点坐标的运动轨迹为:
（50，-350）→（100，-400）→（50，-450）→（0，-500）→(-50,-550) →(-100,600)
-已知输入操作臂的变量，求解运动平台对应这些输入的位置
●限制条件下蒙随机特参卡数的罗工方作空法间 :
●国内外学术界和工程界对研究和开发并联机床都非常重视。 1并联机构的运动学分析
记录 2-4 过程对中于属于两工自作空由间度点的机个器数 人来说，蒙特卡罗最优化方法的应用过程如下: ●为最输优 入化转参矩数的1设虚.随计角、位机对移抽机。器取人的a，运动b学，做L了，数值l 设实例定分为析 初值 在以 AC+PC2为.在半径以相交A区C域+随P机C抽为取1半00径0 个相点(交X，区Y，域Z)随机抽取1000 个点(X，Y，Z) 随任机意抽 的取外部a，负3b载.，将存L，在每l一设个个定有点为限初代的值支入架逆力和向一运组有动限学的绳方张程力来中检验，保证可以求得实数解 其中 n是面的4指.如向外果部满的法足向就向量认，定是使这得个圆与点三是角形工第作i 个空边相间切中的支的架一力个点。 其首次先， ，动设力计学机5模器.记型人是部录实件现的2-控时4制候过的需最要程基用中本到的动属理力于论学。分工析作，因空为间如果点没的有动个力数学模型，很难知道转矩的大小，因此就很难选择电机，设计主 轴等，选择轴承再等。进行步骤 1， 随机设定参数的值，进行 2-4 的分析，
得到：
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pl为平面低副数（即只有一个自由度的运动副） ph为平面高副数
• 针对空间机构自由度计算公式，国内外研究人员做了大量研究也得出 了大量的（至少35个）公式，其中大多都是适用条件限制或者若干 “注意事项”（如需要甑别公共约束、虚约束、环数、链数、局部自 由度等等）。
• 马娄谢夫（前苏联）空间机构计算式
• 作者称此公式适用范围最宽且计算过程简单，但事实上公 式中λ包含有5种多余自由度，甑别和计算过程并不简单。
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刚度较高说明相同刚度下材料重量更轻）、响 应速度快及运动精度高。 缺点：运动空间小、空间可转角度（灵活性）小、
开放性差。
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传统机床与虚拟轴机床外观差异
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视频：虚拟轴机床一
视频：虚拟轴机床二
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3、delta并联机器人详解
Delta：3个主动臂P5,12个球铰P3
W=6（11-1）-5*3-3*12-6=3
2019/8/20 应注意机构中六根碳纤维杆保留6个绕自身轴线旋转的局部自由度
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• Kutzbach Grubler公式计算获得
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• 国内北华大学欧阳富等人发表了一系列文章，并于2003年 提出一个可以替代此前34个计算公式的公式：
（5）工作空间较小；
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2、并联机构应用实例
2.1 delta机器人
• 第一代delta（1985） • Delta机器人就像一个倒
挂的有三个脚的蜘蛛， 因其的灵巧、速度和精 确在装配、自动化和医 疗设备领域得到应用， 被誉为“最成功的并联 机器人设计”，并于 1990年前后在世界各国 申请专利。
并联机构与并联机器人
——仿生机器人学课程专题报告
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姓名：@@
班级：13级机硕1班
1
内容安排：
1、并联机构简介
2、并联机构应用实例
3.1、delta机器ຫໍສະໝຸດ 3.2、虚拟轴机床3、delta并联机器人详解
4、 关于并联机器人的思索
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1 并联机构简介
• 并联机构的出现可以回溯至20世纪30年代。1931年，格威内特 （Gwinnett）在其专利中提出了一种基于球面并联机构的娱乐装置。 在之后的几十年内，新的并联机构不断被提出并应用于汽车喷涂、轮 胎检测、飞行模拟器等工业领域。其中由Gough于1962年发明，并被 Stewart系统研究的Gough-Stewart机构（或称Stewart机构）运用最 广，至今仍然被广泛研究和使用。
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• 并联机器人组成：一个固定基座、一 个具有n自由度的末端执行器以及不 少于两条独立的运动链。
• 并联机器人特点：
（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；
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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
• 3.1 自由度计算
• 机构见图的化简有利于运动学的分析，但有文章在计算自由度的时候
也直接按化简后的简图计算，个人认为欠妥。因为把平台化简为点的
过程其实忽略了其姿态信息，而姿态的变化也属于自由度的范畴，因
2019此/8/2个0 人倾向于用原机构简图分析
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平面机构自由度计算公式： F=3n-2pl-ph 式中 n为活动杆件数（不算机架）
• 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。
2019/8/120931年Gwinnett的娱乐装置 （5D电影）
1965年Stewart机构 3
• 1985法国克拉维尔（Clavel）教 授设计出delta并联机构(或称为 delta机器人)
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按自由度分类
• （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。（如Stewart机构、双Delta嵌套机构）
• 优点：1、末端增加3个 旋转自由度，可以适用 更复杂工况
• 2、速度更快每秒2000 度的速度拾取、旋转和 放置物体
• 缺点：有效负载降低。 第一代最大负载0.5kg， 目前最大载荷可达6kg。
2019/8/20
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瑞士工业公司，将转动副 驱动改为移动付驱动
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工业应用
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•
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• 由于专利保护的限制，delta机器人早期并没有得 到应有的推广，直到近年专利保护一一终止后， 才开始被世界各地的制造商争相生产和开发。
• 在Delta原型基础上，研究人员做了很多衍生机型。
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FANUC六轴机器人
• 三轴铰接式手腕（专利 产品）+delta机器人
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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。