并联机器人发展现状与展望
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机器人产业的发展趋势与前景预测近年来,随着技术的进步和社会的需求,机器人产业正在经历着前所未有的发展,这也吸引了越来越多的关注和投资。
根据国际机器人联合会的数据显示,机器人市场的年复合增长率将达到20%以上,预计到2024年,机器人市场规模将突破2000亿美元,这为机器人产业的发展带来了重大的机遇。
机器人产业从最初的简单无人机慢慢发展出各种机器人,如工业机器人、服务机器人、医疗机器人、农业机器人等等,几乎无所不包。
这背后体现了人们对机器人产业的广泛需求。
那么,机器人产业到底在未来会有哪些发展趋势呢?一、智能化发展趋势现代机器人不再是简单的使劲干,而是通过各种传感器和算法,从外部环境中获取信息,以适应各种情况。
未来机器人将会更加智能化,本着模拟人类的行为和思维,使得机器人可以像人类一样处理一些简单复杂的问题,在更多的场景下替代人类所做的事情。
二、协作化发展趋势机器人产业最初因为其“助理”的功能而受到欢迎,现在越来越多的机器人不仅能完成重复枯燥的工作,同样能够在人类与机器人之间相互协作。
未来不仅会有更多的机器人成为人类智力的延伸,还能够与人类在同一个生产线上合作,并帮助人类完成一些高难度的操作,推进生产效率的提升。
三、个性化发展趋势在宏观上,工业机器人批量生产是机器人产业的重要形式之一,但是在局部环节中,机器人产业也将不断引入新的技术创新,以满足不同需求和生产规模。
在当前的机器人市场上,有许多定制化的机器人解决方案,其不仅能够高效地完成定制化的生产,还能够更好地满足用户的需求。
四、可迁移性发展趋势因为不同领域有不同的数据以及所需的技术,因此在未来,机器人的开放性和可迁移性将会成为机器人产业发展中的重点。
在机器人的软件和芯片配件领域,标准将会变得越来越重要。
在未来,随着人工智能技术的不断发展,机器人的可移植性也将被提高,使得机器人在不同场景下的应用更加广泛。
机器人产业有着巨大的市场和无穷的潜力,未来将会是个发展的机遇和挑战并存的时期。
并联机构动力学分析及控制策略研究一、引言在机械系统中,机构是运动的基础。
机构的特性与性能对机器人和自动化系统的运动控制有着至关重要的影响。
在众多的机构中,并联机构是一种典型的高机动性机构,在机器人、飞行器以及自动化设备等领域得到了广泛应用。
本文将介绍并联机构动力学分析及控制策略的研究现状和发展方向。
二、并联机构动力学分析方法1.拉格朗日动力学方法拉格朗日动力学方法是一种经典的机械动力学分析方法,可以解决复杂机构的运动和动力学问题。
在分析并联机构时,可以通过拉格朗日方程建立并联机构的运动方程。
利用拉格朗日方程可以得到并联机构的运动学方程和动力学方程,从而实现机构的动力学分析。
2.牛顿-欧拉动力学方法牛顿-欧拉动力学方法是一种相对直观的机构分析方法,也被广泛应用于并联机构的动力学分析。
利用牛顿-欧拉法可以得到并联机构的动力学方程,通过求解方程可以得到并联机构的动态响应。
相对于拉格朗日动力学方法,牛顿-欧拉动力学方法需要更多的运动学参数,但是计算量要小得多。
三、并联机构的控制策略1. 基于模型的控制策略基于模型的控制策略是一种常用的控制方法,包括反馈控制、前馈控制、模型预测控制等。
这些方法都需要对机构的动力学方程进行建模,通过数学方法求解系统的控制器,从而实现控制效果。
但是这种方法必须先对系统动力学模型进行精确建模,否则控制效果会受到影响。
2. 基于学习的控制策略基于学习的控制策略是一种新兴的控制方法,它通过系统和环境的交互,自适应地学习控制器的参数。
这种控制方法基于强化学习、遗传算法等理论,对于复杂的机构控制效果非常好。
但是基于学习的控制方法需要大量的数据训练,较难应用于实际控制场景。
四、并联机构的控制应用并联机构的控制应用涵盖了多种领域,如自动化控制、机器人、航空航天等。
在这些领域中,人们需要通过对机构的控制来实现对设备的高精度部件加工、复杂任务执行和高速运动控制等。
因此,对并联机构的控制研究,对于各种自动化设备的设计、开发和应用具有重要意义。
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。
《6PUS-UPU冗余驱动并联机器人的冗余力控制实验研究》篇一一、引言随着机器人技术的不断发展,并联机器人因其高精度、高刚性和高负载能力等优点,在工业生产、医疗康复、航空航天等领域得到了广泛应用。
其中,6PUS-UPU冗余驱动并联机器人作为一种新型的并联机器人结构,具有较高的灵活性和可操作性,成为了研究的热点。
然而,其复杂的动力学特性和运动学特性也给控制带来了挑战。
为了实现6PUS-UPU冗余驱动并联机器人的高效、稳定和安全运行,对其冗余力控制技术的研究显得尤为重要。
本文旨在通过实验研究,探讨6PUS-UPU冗余驱动并联机器人的冗余力控制技术,为该类机器人的应用提供理论依据和技术支持。
二、6PUS-UPU冗余驱动并联机器人概述6PUS-UPU冗余驱动并联机器人是一种具有六个腿部单元的并联机器人结构,其每个腿部单元都由推力球轴承支座、UPS(Upper-Parallel Structure)机构和推力驱动单元组成。
这种结构使得机器人具有较高的灵活性和可操作性,能够适应复杂的作业环境。
然而,其冗余驱动系统使得控制变得更加复杂,因此,研究其冗余力控制技术具有重要意义。
三、冗余力控制技术分析冗余力控制技术是解决并联机器人复杂动力学和运动学特性的有效手段。
通过引入冗余力控制策略,可以在满足任务需求的同时,提高机器人的运动性能和稳定性。
本文将探讨两种常见的冗余力控制方法:基于任务优化的冗余力控制方法和基于动力学的冗余力控制方法。
1. 基于任务优化的冗余力控制方法:该方法通过优化任务需求,使机器人在满足约束条件下实现最优性能。
在6PUS-UPU冗余驱动并联机器人中,可以通过优化各个腿部单元的驱动力,实现机器人的稳定运动和高效作业。
2. 基于动力学的冗余力控制方法:该方法通过建立机器人的动力学模型,分析各关节的力和运动关系,实现力的优化分配。
在6PUS-UPU冗余驱动并联机器人中,可以通过动力学模型分析各个腿部单元的驱动力和运动状态,实现力的合理分配和优化。
Delta并联机器人目标识别与抓取技术研究共3篇Delta并联机器人目标识别与抓取技术研究1Delta并联机器人目标识别与抓取技术研究随着机器人技术的发展,越来越多的机器人进入到工业生产领域中,人们不断尝试将机器人的应用范围拓展到更多的领域。
其中,机器人的目标识别和抓取技术是机器人应用的重要研究方向之一。
Delta并联机器人作为一种高速、高精度的机器人,已经在工业生产中得到了广泛的应用。
本文将从Delta并联机器人目标识别和抓取技术两个方面出发,探讨Delta并联机器人在生产领域中的应用。
一、Delta并联机器人目标识别技术Delta并联机器人的目标识别技术包括三个主要部分:图像采集、图像处理和目标识别。
1. 图像采集:Delta并联机器人的图像采集主要是通过机器视觉系统实现的。
机器视觉系统一般由摄像头、图像采集卡和图像处理软件组成。
摄像头负责对被检测物体进行拍摄,图像采集卡将拍摄的图像信号输出给计算机,图像处理软件对图像进行处理,提取目标物体的特征。
2. 图像处理:图像处理主要是对图像进行预处理,包括图像去噪、图像滤波、边缘检测、二值化等操作。
预处理之后,可以将图像转化为特征向量,用来进行目标检测。
3. 目标识别:目标识别是基于特征向量对目标物体进行分类的过程。
目前,目标识别技术主要有两种方法:模板匹配和机器学习。
模板匹配是一种传统的目标识别方法,它通过对事先制作好的模板与图像进行匹配,从而识别目标物体。
机器学习是一种更加高效的目标识别方法,它将大量的样本数据输入到计算机中,通过机器学习算法从中提取特征,从而实现目标分类。
二、Delta并联机器人抓取技术Delta并联机器人的抓取技术包括两个主要部分:手眼协调和抓取控制。
1. 手眼协调:手眼协调是指机器人手臂和视觉系统之间的协作。
在抓取之前,机器人要对目标进行定位,然后根据目标的位置、姿态等信息,确定机器人手臂的运动轨迹。
因此,手眼协调技术是Delta并联机器人实现自动抓取的关键技术之一。
中国机器人发展现状及趋势中国机器人发展现状及趋势如下:一、发展现状持续壮大:中国已连续11年成为全球最大工业机器人市场,近三年新增装机量占全球一半以上。
2022年,中国机器人全行业营业收入超过1700亿元,工业机器人产量为44.3万套,服务机器人产量达到645.8万台。
2023年上半年,工业机器人产量达到了22.2万套,同比增长5.4%,服务机器人产量353万套,同比增长9.6%。
到2024年7月,中国持有的机器人相关有效专利超过19万项,占全球比重约三分之二。
应用领域不断拓展:工业机器人广泛应用于汽车、电子、机械等制造业,且在新能源汽车、光伏产业光伏产业应用增长迅速,成为行业发展主引擎。
服务机器人在家庭服务、医疗康养、物流、餐饮等领域实现规模化应用,特种机器人在空海探索、应急救援等领域发挥重要作用。
例如,物流领域使用仓储机器人提高分拣效率;医疗领域有手术机器人协助进行高精度手术。
技术水平逐步提升:中国在机器人模块化与重构、多任务规划与智能控制、信息感知与导航等技术方向积累了一批专利成果,部分国产机器人已达到世界领先水平。
同时,人工智能、物联网和 5G 技术的深度融合,赋予机器人更高的智能化、灵活性与效率。
例如,国内首台单孔腔镜机器人能在难度更大的手术中发挥作用;列车智能巡检机器人可替代技术工人采集车底、车侧高清图像和 3D 数据。
产业集群效应显现:中国形成了以京津冀、长三角、珠三角地区为代表的机器人产业集群,拥有北京、深圳、上海、东莞、杭州、天津、苏州、佛山、广州、青岛等产业集聚地,并涌现出一批在细分领域具有较强竞争力的新锐企业和和专精特新“小巨人”企业。
企业竞争力增强:虽然我国的工业机器人市场仍以外资品牌机器人为主,但内资品牌的市场份额逐年增加,国产替代进程显著加速。
一些国内企业在机器人研发、生产和市场拓展方面取得了显著成绩,如埃斯顿等国产工业机器人领军企业。
二、发展趋势技术创新融合加速:机器人产业技术将加快融合创新突破,人工智能、大数据、云计算、物联网等新技术与机器人技术的融合将不断深化,推动机器人向更加智能化、自主化、灵活化方向发展。
两轴并联机械手算法一、引言随着科技的不断发展,机器人技术在我国得到了广泛的关注与应用。
其中,两轴并联机械手作为一种具有较高灵活性和精确度的机器人系统,在众多领域发挥着重要作用。
本文将探讨两轴并联机械手算法的研究意义、基本原理及应用领域,并对未来发展进行展望。
二、两轴并联机械手的结构和工作原理两轴并联机械手主要由基座、臂部、手腕和末端执行器等部分组成。
其工作原理是通过两个旋转轴实现臂部的旋转运动,从而使手腕和末端执行器到达指定的位置,完成各种工作任务。
三、两轴并联机械手算法的研究意义研究两轴并联机械手算法对于提高机器人的控制性能、精度和速度等方面具有重要意义。
通过对不同算法的分析和比较,可以为机器人工程师在实际应用中选择更适合的算法提供理论依据。
四、两轴并联机械手算法的基本原理两轴并联机械手算法主要基于逆运动学求解和正运动学求解。
逆运动学求解是通过设定末端执行器的位姿目标,求解机器人各关节的运动轨迹;正运动学求解则是根据机器人各关节的运动轨迹,计算末端执行器的位姿。
五、常见两轴并联机械手算法介绍1.欧拉变换法:通过欧拉变换将旋转矩阵转换为关节角度,实现对两轴并联机械手的控制。
2.螺旋理论法:利用螺旋理论将手腕部的运动分解为旋转和平移两个方向,实现对两轴并联机械手的控制。
3.神经网络法:通过训练神经网络实现对两轴并联机械手的控制,具有较高的学习能力和自适应性。
六、两轴并联机械手算法的应用领域1.工业生产:用于组装、搬运、焊接等工序,提高生产效率和产品质量。
2.医疗领域:用于手术操作、康复训练等,减轻医护人员的工作负担。
3.服务业:如智能家居、无人驾驶等领域,为人们提供便捷的生活服务。
七、发展趋势与展望1.高性能计算能力的不断提升,将有助于提高两轴并联机械手的控制精度和速度。
2.传感器技术的不断发展,将为两轴并联机械手提供更加精确的实时数据。
3.人工智能技术的融合,将使两轴并联机械手具有更强的自主学习和决策能力。
机器人产业的发展趋势及前景展望近年来,机器人产业经历了快速发展的时期。
机器人不仅成为工业生产的不可或缺的一部分,也涉及了消费领域,例如智能家居、物流配送、医疗辅助等。
随着科技的不断进步和应用场景的拓展,机器人产业的前景更加广阔。
本文将围绕机器人产业的发展趋势及前景展望,从多个方面进行分析。
市场规模机器人市场规模正在不断扩大。
根据Market Research Future发布的报告,2019年全球机器人市场规模已经达到了约1689亿美元,预计将在2025年达到4872亿美元,年复合增长率为19%。
在这个极具挑战性的市场中,无论是传统的工业机器人,还是服务性机器人,都有着相当的市场需求。
区域方面,亚洲是机器人市场绝对的主导地区。
中国已成为全球机器人最大市场,并积极推动机器人产业的发展。
加上其他市场像是日本和韩国,在未来几年的发展中,都将成为机器人的重要市场。
应用领域机器人不仅只是生产场所的一部分,还可以应用于更广泛的领域。
例如,智能家居已成为机器人技术的应用之一。
通过机器人技术,智能家居可以实现自动控制,提高住宅的效率和舒适性。
另外,机器人也在医疗领域的技术应用中发挥着重要作用。
医疗机器人通过技术的应用,实现手术和治疗等领域的辅助工作,对患者的操作带来诸多好处。
随着人口老龄化程度的加深和人们对健康日益关注,机器人在医疗领域的应用空间将逐渐扩大。
此外,物流配送领域也是机器人赖以生存的重要领域之一。
机器人可以在物流配送过程中扮演各种角色,例如自动避让、自动导航等,以实现物流效率的提升。
技术趋势在机器人产业的发展过程中,技术的进步是至关重要的。
现阶段,人工智能、机器视觉和感知技术等是机器人技术领域的热点。
此外,人类与机器人之间的协作也成为机器人技术的一个热门趋势。
机器人与人类之间的互动将成为未来机器人产业的趋势。
未来展望未来机器人行业的发展将满足人类日益增长的各种需求,从而深度参与到经济生态中。
现阶段,机器人产业或许还存在一定的发展瓶颈,但人工智能、项目部分化和标准化将被深度应用于机器人领域,使其成为具有强大创新动力的新兴产业。
delta并联机器人动力学控制技术的研究一、研究背景随着科技的不断发展,机器人技术的应用越来越广泛。
其中,delta并联机器人具有高速度、高精度、高刚度等优点,在食品加工、电子组装等领域得到了广泛应用。
而机器人的动力学控制技术是实现其精准操作的重要手段之一。
二、delta并联机器人动力学模型1. 机构结构delta并联机器人由三个运动基元组成,每个基元由一个固定底座和一个活动平台组成。
活动平台通过三条连杆与固定底座相连。
2. 运动学分析通过解析法求解运动学正逆解,得到机械臂末端位姿与关节角度之间的关系。
3. 动力学分析通过拉格朗日方程建立系统的运动方程,求解出系统的加速度和关节力矩。
同时考虑非线性因素和摩擦等因素对系统的影响。
三、delta并联机器人控制策略1. PID控制PID控制是一种经典的控制方法,在实际应用中被广泛使用。
通过测量系统输出与期望输出之间的误差,计算出控制量,从而实现对系统的控制。
2. 模糊控制模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法,能够处理不确定性和模糊性问题。
通过建立模糊规则库和输入输出变量之间的映射关系,实现对系统的控制。
3. 神经网络控制神经网络控制是一种基于人工神经网络的控制方法,能够自适应地调整参数。
通过训练神经网络,实现对系统的控制。
四、delta并联机器人动力学控制技术在电子组装中的应用1. 电子元件拾取通过视觉传感器获取元件位置信息,并根据动力学模型计算出关节角度和末端位姿,在精准抓取元件。
2. 焊接操作通过动力学模型计算出焊接路径和焊接速度,在保证焊接质量的情况下提高生产效率。
3. 贴片操作通过动力学模型计算出贴片路径和贴片速度,在保证贴片精度的情况下提高生产效率。
五、结论与展望delta并联机器人动力学控制技术是实现机器人高速度、高精度、高刚度操作的重要手段。
在电子组装、食品加工等领域得到广泛应用。
未来,随着机器人技术的不断发展,delta并联机器人动力学控制技术将会得到进一步完善和应用。
《基于共轴球面并联机构的手腕康复机器人研制》篇一一、引言随着人口老龄化的加剧和人们生活方式的改变,手腕康复治疗需求日益增长。
传统的手腕康复治疗方法主要依靠物理治疗师的手动操作,然而,这种方法效率低下,难以满足大量患者的需求。
因此,研发一种高效、便捷的手腕康复机器人成为当务之急。
本文将重点介绍基于共轴球面并联机构的手腕康复机器人的研制。
二、共轴球面并联机构概述共轴球面并联机构是一种新型的机器人运动机构,具有结构紧凑、运动灵活、控制精度高等优点。
该机构由多个共轴球面组成,通过并联的方式实现手腕的多个方向运动。
这种机构能够模拟人手的多维度运动,对于手腕康复机器人来说具有很大的应用潜力。
三、手腕康复机器人设计(一)设计思路手腕康复机器人的设计主要考虑以下几个方面:安全性、舒适性、运动范围和治疗效果。
在共轴球面并联机构的基础上,我们设计了一款适用于手腕康复的机器人。
该机器人能够根据患者的具体情况,提供个性化的康复治疗方案。
(二)结构设计手腕康复机器人的结构主要包括共轴球面并联机构、驱动系统、控制系统等部分。
其中,共轴球面并联机构是实现手腕多维度运动的关键部分,驱动系统负责驱动机构的运动,控制系统则负责实现机器人的精确控制。
(三)功能实现手腕康复机器人能够模拟人手的多维度运动,帮助患者进行手腕的屈伸、旋转等运动。
同时,机器人还能够根据患者的具体情况,提供个性化的康复治疗方案,如力量训练、协调训练等。
此外,机器人还具有安全保护功能,能够在患者运动过程中提供必要的支撑和保护。
四、实验与结果分析(一)实验方法为了验证手腕康复机器人的效果,我们进行了多组实验。
实验对象包括不同年龄段、不同病情的患者。
在实验过程中,我们记录了患者的康复情况、治疗效果等数据。
(二)结果分析通过实验数据的分析,我们发现手腕康复机器人具有以下优点:一是能够有效地帮助患者进行手腕的多维度运动;二是能够根据患者的具体情况提供个性化的康复治疗方案;三是具有较高的安全性,能够在患者运动过程中提供必要的支撑和保护。
三自由度并联机器人三自由度并联机器人步骤一:介绍三自由度并联机器人的概念首先,我们需要明确三自由度并联机器人的概念。
三自由度并联机器人是指具有三个运动轴的机器人系统,每个轴都可以运动。
这种机器人系统通常由三个平行连杆组成,每个连杆都可以绕相应的轴进行旋转或平移运动。
步骤二:解释三自由度并联机器人的工作原理三自由度并联机器人的工作原理可以通过以下步骤来解释。
首先,机器人系统的每个连杆都与一个电机相连,电机可以通过控制系统进行控制。
当电机转动时,连杆也会随之运动。
其次,机器人系统的末端执行器可以根据操作需求进行安装,例如夹持工具、传感器等。
最后,通过控制系统的指令,可以控制机器人系统的每个轴的运动,从而实现所需的操作任务。
步骤三:探讨三自由度并联机器人的应用领域三自由度并联机器人在许多领域都有广泛的应用。
例如,在工业生产中,它可以用于精确装配、焊接、喷涂等操作。
在医疗领域,它可以用于手术辅助、病人康复训练等任务。
在事领域,它可以用于侦查、拆弹等危险任务。
此外,三自由度并联机器人还可以用于空间探索、科学研究等领域。
步骤四:分析三自由度并联机器人的优势和挑战三自由度并联机器人具有许多优势。
首先,它可以实现多轴并联,提高机器人系统的稳定性和精度。
其次,由于每个轴都可以控制,机器人系统具有较高的灵活性和适应性。
此外,三自由度并联机器人还具有较小的体积和较低的能耗,适用于空间有限的环境。
然而,三自由度并联机器人也面临一些挑战。
首先,由于每个轴都需要单独控制,控制系统的复杂度较高。
其次,由于机器人系统的运动轨迹相对复杂,需要进行精确的运动规划和控制。
此外,机器人系统的结构较为复杂,对于设计和维护人员的要求较高。
步骤五:展望三自由度并联机器人的未来发展三自由度并联机器人在未来有着广阔的发展前景。
随着控制技术和传感技术的不断进步,机器人系统的运动控制和精度将得到进一步提高。
此外,随着人工智能技术的发展,三自由度并联机器人将能够更好地适应复杂的工作环境和任务需求。
并联运动机器人应用背景略谈并联构型装备已成为制造业目前的研究热点之一。
与串联构型相比, 并联构型具有刚度好、精度高、高速和高加速度等特点, 众多研究机构和制造企业都看好其在制造领域的应用前景。
目前多种并联构型装备已经被设计和开发出来, 应用的领域涉及机床、机器人、定位装置、娱乐、医疗卫生等。
研究人员正试图开发出在速度、刚度、精度和费用等方面更优的并联构型装备, 以便在与传统制造装备的竞争中占据更有利的地位。
1. 早期的并联构型装备及特点[1]结构中包含一个或多个并联机构的机器称为并联构型装备。
只要是多自由度, 驱动器分配在不同环路上的闭式多环机构均可称为并联机构。
20 世纪中叶, 罗马尼亚人Gough 采用并联机构设计了一种六自由度的轮胎测试机(见图1) , 这种结构被称为六足结构(Hexapod) 。
1965 年, Stewart 将一种并联机构用于飞行模拟器, 它包含三个支链, 每个支链上分别通过一个固定平台上的旋转关节和一个可伸缩连杆来控制。
这种机构具有六自由度, 被称为Stewart 平台。
1978年, 澳大利亚机构学家Hunt 提出并联机构可以应用于机器人操作。
此后若干年, 并联构型装备的研究进展缓慢, 主要是受到计算机和伺服控制技术的限制, 计算6 个支链运动的时间和物质花费太大。
但一些经济实力雄厚的部门已开始使用并联机构, 主要应用于航空、航天等领域。
随着计算机技术的发展, 尤其是计算快速、功能强大的工业PC 出现之后, 促进了并联机构的应用和发展。
80 年代后期, 几种基于并联结构的机器人相继出现, 它们普遍具有较高的速度和加速度, 动态特性好, 在装配行业得到很好的应用。
但真正引起轰动是在1994 年的芝加哥机床展览会上, Giddings & Lewis 和Ingersoll 分别推出了基于并联机构的六足机床, 被媒体誉为“机床结构的重大革命”、“二十一世纪的数控加工装备”。
机器人技术在制造业的发展现状和未来趋势分析近年来,随着科技的不断发展,机器人技术在制造业的应用越来越广泛。
机器人已经不再只是在流水线上进行简单的重复操作,而是逐渐成为制造业转型升级的重要推动力。
本文将从机器人技术的发展现状和未来趋势两个方面来进行分析。
一、机器人技术的发展现状1.1 工业机器人在制造业中的应用工业机器人是目前机器人技术中最为成熟和广泛应用的一种类型。
它能够执行高精度、高强度和重复性的工作任务,为制造业带来了高效率和高质量的生产方式。
工业机器人已经成为了汽车制造、电子设备制造、机械制造等领域的重要生产工具。
1.2 智能机器人在制造业中的应用除了工业机器人,智能机器人也在制造业中发挥着越来越重要的作用。
智能机器人具备感知、决策和执行能力,能够主动适应环境变化和处理复杂任务。
在制造业中,智能机器人能够实现柔性生产和个性化定制,提高生产效率和产品质量。
1.3 机器人技术的创新与突破机器人技术也在不断创新和突破之中。
视觉识别、自主导航、自适应控制等先进技术的应用使得机器人的操作和工作更加灵活和智能化。
而人工智能的发展也为机器人技术提供了更广阔的发展空间,例如深度学习和强化学习可以使机器人具备更强大的学习和自主决策能力。
二、机器人技术的未来趋势2.1 人-机协作的发展未来,人-机协作将成为机器人技术发展的重要方向。
人类和机器人之间的合作和共同完成工作任务,能够充分发挥双方的优势。
机器人不再是简单地代替人类的劳动力,而是与人类形成互补,提升工作效率和工作质量。
2.2 智能制造的实现智能制造是制造业向智能化、数字化转型的重要路径。
机器人技术在智能制造中发挥着关键作用,通过物联网、大数据和云计算等技术的支持,实现生产流程的优化和调整,提高制造的灵活性和效率。
2.3 个性化定制的实现随着消费者需求的多样化,个性化定制成为了制造业的发展趋势之一。
机器人技术能够为个性化定制提供支持,通过柔性生产和智能控制,实现产品的个性化设计与制造,满足不同消费者的需求。
并联机器人发展现状与展望 引言 并联机器人是一类全新的机器人,它具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点,在21世纪将有广阔的发展前景。本文根据掌握的大量并联机器人文献,对其分类和应用做了简要分析和概括,并对其在运动学、动力学、机构性能分析等方面的主要研究成果、进展以及尚未解决的问题进行了阐述。
1并联机构的发展概况
(一)并联机构的特点 并联机构是一种闭环机构,其动平台或称末端执行器通过至少2个独立的运动链与机架相联接,必备的要素如下:①末端执行器必须具有运动自由度;②这种末端执行器通过几个相互关联的运动链或分支与机架相联接;③每个分支或运动链由惟一的移动副或转动副驱动。 与传统的串联机构相比,并联机构的零部件数目较串联构造平台大幅减少,主要由滚珠丝杠、伸缩杆件、滑块构件、虎克铰、球铰、伺服电机等通用组件组成。这些通用组件可由专门厂家生产,因而其制造和库存备件成本比相同功能的传统机构低得多,容易组装和模块化。 除了在结构上的优点,并联机构在实际应用中更是有串联机构不可比拟的优势。其主要优点如下: (1)刚度质量比大。因采用并联闭环杆系,杆系理论上只承受拉、压载荷,是典型的二力杆,并且多杆受力,使得传动机构具有很高的承载强度。 (2)动态性能优越。运动部件质量轻,惯性低,可有效改善伺服控制器的动态性能,使动平台获得很高的进给速度与加速度,适于高速数控作业。 (3)运动精度高。这是与传统串联机构相比而言的,传统串联机构的加工误差是各个关节的误差积累,而并联机构各个关节的误差可以相互抵消、相互弥补,因此,并联机构是未来机床的发展方向。 (4)多功能灵活性强。可构成形式多样的布局和自由度组合,在动平台上安装刀具进行多坐标铣、磨、钻、特种曲面加工等,也可安装夹具进行复杂的空间装配,适应性强,是柔性化的理想机构。 (5)使用寿命长。由于受力结构合理,运动部件磨损小,且没有导轨,不存在铁屑或冷却液进入导轨内部而导致其划伤、磨损或锈蚀现象。 并联机构作为一种新型机构,也有其自身的不足,由于结构的原因,它的运动空间较小,而串并联机构则弥补了并联机构的不足,它既有质量轻,刚度大,精度高的特点,又增大了机构的工作空间,因此具有很好的应用前景,尤其是少自由度串并联机构,适应能力强,且易于控制,是当前应用研究中的一个新热点。
(二)并联机构的分类 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 自由度并联机构,如5-R、3-R-2-P(R 表示转动副,P 表示移动副)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 个移动运动。 (2 )3 自由度并联机构。3 自由度并联机构各类较多,形式较复杂,一般有以下形式:平面3自由度并联机构,如3-RRR 机构、3-RPR 机构,它们具有2个移动和一个转动;球面3自由度并联机构,如3-RRR 球面机构、3-UPS-1-S 球面机构,3-RRR 球面机构所有运动副的轴线汇交空间一点,这点称为机构的中心,而3-UPS-1-S 球面机构则以S的中心点为机构的中心,机构上的所有点的运动都是绕该点的转动运动;3 维纯移动机构,如Star Like 并联机构、Tsai 并联机构和DELTA 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维移动空间机构;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[1],在工作空间内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中的广泛应用;还有一类是增加辅助杆件和运动副的空间机构,如德国汉诺威大学研制的并联机床采用的3-UPS-1-PU 球坐标式3 自由度并联机构,由于辅助杆件和运动副的制约,使得该机构的运动平台具有1 个移动和2 个转动的运动(也可以说是3 个移动运动)。 (3 )4 自由度并联机构。4 自由度并联机构大多不是完全并联机构,如2-UPS-1-RRRR 机构,运动平台通过3 个支链与定平台相连,有2个运动链是相同的,各具有1 个虎克铰U ,1 个移动副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。 (4 )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Lee的5自由度并联机构具有双层结构(2 个并联机构的结合)。 (5 )6 自由度并联机构。 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。从完全并联的角度出发,这类机构必须具有6个运动链。但现有的并联机构中,也有拥有3 个运动链的6 自由度并联机构,如3-PRPS 和3-URS 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。
2并联机器人的应用
并联机构由于其本身特点,一般多用在需要高刚度、高精度和高速度而无需很大空间的场合。主要应用有以下几个方面: (1)模拟运动①飞行员三维空间训练模拟器驾驶模拟器②工程模拟器,如船用摇摆台等③检测产品在模拟的反复冲击、振动下的运行可靠性④娱乐运动模拟台。 (2)对接动作①宇宙飞船的空间对接②汽车装配线上的车轮安装③医院中的假肢接骨。 (3)承载运动①大扭矩螺栓紧固②短距离重物搬运。 (4)金属切削加工 可应用于各类铣床、磨床钻床或点焊机、切割机。 (5)可用于测量机,用来作为其它机构的误差补偿器。 (6)用于微动机构或微型机构 并联平台的应用领域正在被科研工作者不断拓宽。 (7)并联机构还可用作机器人的关节,爬行机构,食品、医药包装和移载机械手等。
3并联机器人构型设计原则 在进行机构形式设计时,除了要满足规定的运动形式、运动规律或运动轨迹外,还应该遵循下面几项准则: (l)机构的运动链要尽可能的短。完成同样的动作要求,应该优先选用机构构件数和运动副数少的机构,以简化其结构从而减轻重量、降低成本、减少由于零件的制造误差而形成的运动链的累积误差,运动链短有利于提高机构的刚度,减少振动。 (2)在运动副的选择上,优先选用低副。低副机构的运动元素加工方便,容易保证配合的精度以及有较高的承载能力。 (3)适当选择原动机,使机构有好的动力学性能。 3.1并联机器人的尺度设计原则 以往,我们在设计阶段为了确定机器人操作手机构的尺寸和确定机器人操作手在工作空间内部的位置和姿态时多数是靠经验和直觉。现在,为了开发出高精度、高速度和高效率的并联机器人,我们在机构的综合设计时要考虑到它的工作空间的体积和形状、奇异位形、输出的各向同性等条件。但是,在全局最优的机构尺度综合设计中,顾全到上述的所有条件是十分困难的。国内外的学者提出了许多机构综合的标准,以便在满足指定的设计指标下,机构的性能达到最优。由于并联机器人与串联机器人相比,工作空间小。因此为实现作业要求,在设计时要先确定能够满足性能指标的工作空间是至关重要的。 另外,在并联机构的设计过程中必须要考虑要避免构型奇异。与串联机器人不同的是,并联机器人不仅有运动学奇异,还有由构型所导致的构型奇异。即奇异区域通常都扩张到整个工作空间或一些显著的子空间,而且是实际操作中最常用的区域。0.M给出了判定并联机构发生构型奇异的条件: (l)如果动平台和定平台是相似的正多边形,则整个工作空间内雅戈比矩阵都是奇异的; (2)如果动平台和定平台是相似的非正多边形,并且每一对相应的顶点通过一条连杆相连,则雅戈比矩阵在工作空间内的大部分区域都是奇异的。 这种设计上的奇异的存在,将使并联机器人由于无法平衡施加在动平台上的负载而不能工作。在构型奇异附近的区域,即使没有发生构型奇异,也有可能出现雅戈比矩阵条件数很大的情况,同样会导致运动和力的传递性能变的很差,我们称这种区域为病态条件区域。因此,进行并联机构尺度综合设计时必须考虑在满足工作空间要求、运动可传递性的要求以及负载能力要求的情况下,要避开构型奇异点及奇异点附近的病态区域。
4并联机器人的发展现状 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。1994 年在芝加哥国际机床博览会(IMTS’94)上首次展出了称为“六足虫”(Hexapod)和“变异型”(VARIAX)的数控机床与加工中心并引起了轰动[2]。此后,各主要工业国家都投入了大量的人力和物力进行并联机床的研究与开发。如美国IngersollMilling公司、Giddings&Lewis公司和Hexal 公司,英国GeodeticTechnology公司,俄罗斯Lapik 公司,德国Mikromat 公司、亚琛工业大学、汉诺威大学、斯图加特大学,挪威Multicraft 公司,瑞士ETZH 和IFW 研究所,瑞典Neos 机器人公司,意大利Comau 机床公司,丹麦Braunschweig 公司,日本丰田公司、日立公司、三菱公司、韩国SENATECHNOLOGIES 公司等单位相继研制出不同结构形式的数控机床、激光加工和水射流机床、坐标测量机等基于并联机构的制造设备[3,4]。并联机床所涉及的基本理论问题同样引起了许多研究单位的重视, 由美国国家科学基金会动议,1998 年在意大利召开了第一届国际并联运动学机器专