六自由度运动平台并联机器人运动学分析

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。

六自由度并联简介六自由度并联简介1、概述1.1 介绍六自由度并联是由六个自由度的运动链构成的系统。

它具有较大的工作空间和高精度的姿态控制能力，被广泛应用于工业自动化、医疗手术和科学研究等领域。

1.2 组成六自由度并联由底座、连杆链、末端执行器和控制系统组成。

底座是系统的基础部分，连杆链由六个连杆和连接它们的关节组成，末端执行器用于完成具体的任务，控制系统用来控制的运动和姿态。

1.3 工作原理六自由度并联通过控制各个关节的运动，实现末端执行器的多自由度运动。

它利用逆运动学和正运动学方法，根据所需的末端执行器位置和姿态计算各个关节的运动参数，从而实现所需的运动。

1.4 应用领域六自由度并联广泛应用于各个领域，包括工业自动化、医疗手术、科学研究等。

在工业自动化中，它可以用于装配、搬运和焊接等任务；在医疗手术中，它可以用于精确的手术操作；在科学研究中，它可以用于实验室操作和精密测量等。

1.5 优势和挑战六自由度并联具有较大的工作空间、高精度的姿态控制能力和多自由度的运动能力，能够完成复杂的任务。

然而，它也面临着运动学反解难题、运动参数优化和控制精度等挑战。

2、结构设计2.1 运动链设计六自由度并联的运动链设计需要考虑的工作空间、负载要求和运动学特性等因素。

运动链的设计通常采用刚性杆件和关节连接的方式，确保的刚性和稳定性。

2.2 关节设计关节是六自由度并联运动链中的重要组成部分，关节的设计需要考虑承载能力、转动范围和精度等因素。

通常采用电机和减速器组成的驱动系统来实现关节的运动控制，并配合传感器进行反馈控制。

2.3 连杆设计连杆是六自由度并联运动链中的连接部件，连杆的设计需要考虑刚性、轻量化和可靠性等要求。

通常采用高强度材料，采用优化设计和仿真分析等方法来提高连杆的性能。

2.4 末端执行器设计末端执行器是六自由度并联的最终工作部件，它根据具体任务的要求来设计。

末端执行器通常包括夹爪、工具或传感器等，可以完成抓取、加工和测量等任务。

六自由度机器人运动学分析殷固密，王建生（五邑大学智能制造学部，广东江门529020）0引言随着中国制造2025和工业4.0的提出与发展，机器人在“机器换人”和提高社会生产力中扮演着不可或缺的重要位置。

为了使机器人平稳准确地完成指定任务，机器人的运动学分析是必不可少的。

其中，机器人运动学分析的基础就是D-H 参数建立和正逆运动学求解及验证。

通过基础分析，可以帮我们了解机器人的工作方法，揭示机构的合理运动方案和控制算法。

结合使用仿真软件的计算可视化，可以更直观地体现机器人的设计效果，及时发现缺点和不足并改正。

以库卡机器人KR16-2，一种末端三关节轴线相交于一点的六自由度工业机器人为研究对象，通过Craig 和Spong 两种不同的D-H 法则(全称Denavit-Hartenber)对该机器人机型进行运动学建模，推导出机器人正逆运动学模型，并利用MATLA 及Robotics Toolbox 进行运动学分析仿真验证。

1机器人建模KR16-2机器人实物模型的基本结构及尺寸如图1所示。

1.1Craig 的D-H 方法建模Craig 的D-H 方法又称改进D-H 方法（简称MDH ）,其建立各个关节参考坐标系为：以关节轴i 和i+1的交点或公垂线与i 轴的交点作为连杆坐标系{i }的原点；以关节轴i 轴的方向为坐标轴z i 的方向；以关节轴i 和i+1的公垂线方向为x i 方向，且指向指向关节轴i+1的方向；y i 根据右手直角坐标系螺旋法则确定，建立D-H 坐标系如图2所示。

根据建立的D-H 坐标系，得出各个关节的D-H 参数，如表1所示。

其中，连杆长度a i 为沿x i 轴从z i 移动到z i+1的距离；连杆扭角αi 为绕x i 轴从z i 旋转到z i +1的角度；连杆偏距d i 为沿z i 轴从x i -1移动到x i 的距离；连杆转角θi 为沿z i 轴从x i -1旋转到x i 的角度。

摘要：针对机器人不同运动学的建模方法，以KUKA机器人KR16-2为模型，分别采用Craig和Spong的D-H方法（全称Denavit-Hartenberg方法），建立D-H坐标系，建立机器人运动学模型，求解正逆运动学方程，并利用MATLAB中的Robotics Toolbox工具箱对机器人正逆运动学进行示教验证。

“六自由度”资料汇整目录一、六自由度机器人结构设计、运动学分析及仿真二、基于Stewart结构的六自由度并联稳定平台技术研究三、模拟器中车辆动力学与六自由度平台联合仿真技术研究四、六自由度破碎机运动特性分析及控制研究五、六自由度并联机器人工作空间分析六、基于液压六自由度平台的空间对接半物理仿真系统研究六自由度机器人结构设计、运动学分析及仿真随着科技的不断发展，机器人已经广泛应用于工业、医疗、军事等领域。

其中，六自由度机器人作为最具灵活性的机器人之一，备受研究者的。

本文将围绕六自由度机器人结构设计、运动学分析及仿真展开讨论，旨在深入探讨六自由度机器人的性能和特点。

关键词：六自由度机器人、结构设计、运动学分析、仿真六自由度机器人具有六个独立的运动自由度，可以在空间中实现精确的位置和姿态控制。

因其具有高灵活性、高精度和高效率等优点，六自由度机器人在自动化生产线、航空航天、医疗等领域具有广泛的应用前景。

目前，国内外研究者已对六自由度机器人的设计、制造、控制等方面进行了深入研究，并取得了一系列重要成果。

六自由度机器人的结构设计主要包括关节结构设计、连杆结构设计及控制模块设计。

关节结构是机器人的重要组成部分，用于实现机器人的转动和移动。

连杆结构通过关节连接，构成机器人的整体构型，实现机器人的各种动作。

控制模块用于实现机器人的任意角度运动，包括运动学控制和动力学控制等。

在结构设计过程中，应考虑关节的负载能力、运动速度和精度等因素，同时需注重连杆结构的设计，以实现机器人的整体协调性和稳定性。

控制模块的设计也是关键之一，需结合运动学和动力学理论，实现机器人的精确控制。

运动学是研究物体运动规律的一门学科，对于六自由度机器人的运动学分析主要包括正向运动学和逆向运动学。

正向运动学是根据已知的关节角度求解机器人末端执行器的位置和姿态，而逆向运动学则是根据末端执行器的位置和姿态求解关节角度。

对六自由度机器人进行运动学仿真，有助于深入了解机器人的运动性能。

并联机器人的运动学分析一、引言机器人技术作为现代工业生产的重要组成部分，已经在汽车制造、电子设备组装、医疗器械等领域发挥着重要作用。

而在机器人技术中，并联机器人以其独特的结构和运动方式备受关注。

本文将对并联机器人的运动学进行深入分析，探讨其工作原理及应用前景。

二、并联机器人的运动学模型并联机器人由多个执行机构组成，这些执行机构通过联接杆件与运动基座相连，使机器人具有多自由度运动能力。

为了对并联机器人的运动学进行建模，我们需要确定每个执行机构的运动关系。

其中，分析最为常用的是基于四杆机构的并联机器人。

1. 四杆机构的运动学模型四杆机构是一种由两个连杆和两个摇杆组成的机构，通过这些部件的相对运动实现机构的运动。

在并联机器人中，常见的四杆机构包括平行型、等长型等。

以平行型四杆机构为例，我们可以将其简化为平面结构，并通过设定适当的坐标系进行建模。

在平行型四杆机构中，设两个连杆为L1和L2，两个摇杆为L3和L4。

定义坐标系，以机构的连杆转轴为原点，建立运动坐标系OXYZ。

假设L3的转角为θ3，L4的转角为θ4，连杆L1和L2的长度分别为L1和L2，则可以通过几何关系得到机构的运动学方程。

2. 并联机器人的运动学模型并联机器人由多个四杆机构组成，各个四杆机构之间通过杆件连接，使得整个机器人能够实现更复杂的运动。

以三自由度的并联机器人为例，每个四杆机构的连杆长度、摇杆转角都有一定的自由度限制。

通过对每个四杆机构的运动学模型进行分析，可以得到整个并联机器人的运动学方程。

三、并联机器人的动力学分析除了运动学分析，动力学分析也是对并联机器人进行研究的重要方向。

动力学分析包括对并联机器人在运动过程中的力矩、加速度等动力学参数的研究，是实现机器人精确控制和安全运行的基础。

1. 动力学模型的建立在并联机器人的动力学分析中，我们通常采用拉格朗日方法建立动力学数学模型。

通过拉格朗日方程可以建立机器人运动学和动力学之间的联系，从而实现对机器人运动过程中各个关节力矩的估算。

六自由度并联机器人运动学和动力学研究摘要：运动学、动力学以及控制是任何机器人系统开发中要解决的关键问题。

为了验证课题组所设计的六自由度并联机器人的合理性，运用刚体运动学原理，通过分析动平台各铰链点与动平台自身的速度和加速度之间的关系，建立了并联机器人的运动学模型。

然后，综合拉格朗日方程法和凯恩法的优点，建立了并联机器人的动力学模型，该模型不仅全面的表征了并联机器人的动力学特性，而且具有简单的、通用的形式，为并联机器人控制算法的研究开辟了一条捷径。

最后，在给定的工作空间下，采用MATLAB编程和Adams仿真，对并联机器人动平台的运动过程进行了模拟，绘制出动平台做圆周平动时的速度、加速度曲线，通过对比分析，验证了运动学模型的正确性；同时，采用Adams-MATLAB Simulink联合仿真，通过分析Simulink模块绘制出的的驱动力误差曲线以及仿真出的动平台运动轨迹，验证了动力学模型的正确性。

其研究结果不仅为所设计机构后续的优化与控制提供依据，也为其他并联机构的研究提供参考。

关键词：六自由度并联机器人运动学模型动力学模型联合仿真Research on Kinematics and Dynamics of 6-DOF Parallel RobotYANG Junqiang1，2 WAN Xiaojin1，2 LIU Licheng1，2 TANG Ke1，2Abstract：Kinematics，dynamics，and control are key issues to be addressed in the development of any robotic system.To verify the the rationality of the 6-DOF parallel robot designed by the research group，this paper applied the rigid body kinematics principle to analyze the relationship between the velocity and accelerationof the moving platform's hinge points and moving platform itself，and established the kinematics models.Then，based on the advantages of Lagrange equation method and Kane’s method，the dynamic model of parallel robot is established，which not only fully characterizes the dynamics of parallel robot，but also has a simple and universal form to make the research of robot control algorithm easy.Finally，under the given working space，using MATLAB programming and Adams simulation，the motion process of the parallel manipulator is imitated，and the velocity and acceleration curves of the moving platform are plotted.Through comparative analysis，the kinematics models are verified.What’s more， Adams-MATLAB Simulink co-simulation is used to verify the correctness of the dynamic model by analyzing the driving force error curves and the trajectory of the moving platform.The results of this paper notonly provide the basis for the subsequent optimization and control of the mechanism，but also provide the reference for the research of other parallel mechanisms.Key words：6-DOF parallel robot kinematics models dynamic model co-simulation引言Stewart平台[1]的出现始于1965年德国学者Stewart发明的具有六自由度运动能力的并联机构飞行模拟器，因其具有刚度高、精度高、承载能力强、动态特性好等优点，因此近年来被广泛应用于并联机床、精密定位平台和振动隔离平台等方面[2]，而且基于Stewart平台的并联机器人[3，4]设计也相继出现，如图1所示，即为课题组基于Stewart平台设计的六自由度并联机器人。

《6-PSS并联宏动平台的性能分析》篇一一、引言随着工业自动化和精密制造的快速发展，并联机器人技术得到了广泛的应用。

其中，6-PSS并联宏动平台作为一种典型的并联机器人结构，因其高精度、高速度和高负载能力而备受关注。

本文将对6-PSS并联宏动平台的性能进行详细分析，以期为相关研究和应用提供参考。

二、6-PSS并联宏动平台结构概述6-PSS并联宏动平台主要由六个驱动的连杆、六个被动关节以及一个固定平台和移动平台组成。

这种结构使得平台具有较高的刚性和承载能力，同时能够实现多方向的运动。

其工作原理是通过六个连杆的伸缩，驱动移动平台进行三维空间运动。

三、性能分析1. 运动性能6-PSS并联宏动平台具有较高的运动性能，能够实现高速度、高精度的运动。

其运动范围广泛，可以满足多种应用场景的需求。

此外，该平台的运动学逆解和正解均较为简单，便于控制和优化。

2. 承载能力6-PSS并联宏动平台采用高刚性的结构设计，具有较高的承载能力。

同时，其六个连杆的分布使得平台在承载时能够分散应力，提高平台的稳定性和寿命。

3. 精度性能该平台具有较高的定位精度和重复定位精度。

其连杆的伸缩通过高精度的伺服系统控制，实现微米级的定位精度。

此外，平台的结构设计和控制系统优化也能够提高其精度性能。

4. 动态性能6-PSS并联宏动平台具有良好的动态性能，能够快速响应外部扰动和变化。

其控制系统采用先进的控制算法，能够实现高精度的轨迹跟踪和姿态调整。

四、实验与分析为了验证6-PSS并联宏动平台的性能，我们进行了多项实验。

实验结果表明，该平台具有较高的运动速度、定位精度和承载能力。

同时，其在复杂工况下的稳定性和可靠性也得到了验证。

此外，我们还对平台的控制系统进行了优化，进一步提高了其性能。

五、结论通过对6-PSS并联宏动平台的性能分析，我们可以得出以下结论：1. 该平台具有较高的运动性能、承载能力和精度性能，能够满足多种应用场景的需求。

2. 平台的结构设计和控制系统优化能够提高其动态性能和稳定性能，使其在复杂工况下仍能保持良好的性能。

六自由度并联简介六自由度并联简介1. 引言本文旨在介绍六自由度并联的基本概念、结构设计、运动学和动力学分析等内容。

六自由度并联是一种能够实现六个自由度运动的系统，具有广泛的应用领域，包括工业制造、医疗手术、半导体加工等。

2. 结构设计2.1 结构概述六自由度并联由基座、运动平台和连杆组成。

基座固定在地面上，运动平台通过多个连杆与基座相连，形成六个自由度。

运动平台上还装配有执行器和传感器等设备，用于控制和监测的运动状态。

2.2 连杆设计连杆是连接基座和运动平台的关键部件，其长度和形状对的运动性能有重要影响。

连杆的设计需要考虑运动范围、负载能力和结构强度等因素。

2.3执行器和传感器执行器用于驱动的运动，常见的执行器包括电机和液压缸等。

传感器用于监测的位置、力量和反馈信息，以实现自适应控制和安全保护。

3. 运动学分析3.1 坐标系建立建立的基座坐标系和运动平台坐标系，用于描述的位置和姿态。

3.2 正运动学通过正运动学方程，计算出给定关节变量下的末端位置和姿态。

正运动学方程是解决逆运动学问题的基础。

3.3 逆运动学逆运动学问题是指已知的末端位置和姿态，求解对应的关节变量。

采用数值方法或解析法求解逆运动学问题，以实现精确控制。

4. 动力学分析4.1 质心和惯性参数确定各部件的质量分布和惯性参数，建立动力学模型。

4.2 动力学方程建立的动力学方程，描述在给定控制力和力矩下的运动规律。

动力学方程求解可以实现的动态控制和冲击响应分析。

5. 应用领域6自由度并联在工业制造、医疗手术、半导体加工等领域具有广泛的应用。

通过灵活的运动和高精度的控制，该能够完成复杂的工作任务，并提高生产效率和产品质量。

6. 结束语本文对六自由度并联的结构设计、运动学和动力学分析进行了详细介绍。

希望通过本文的阅读，读者能够对该系统有更深入的了解。

1.本文档涉及附件：本文档附有六自由度并联的结构图、运动学和动力学分析的数学模型和各部件的技术参数表格等。