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并联机器人简介
文章来源:勃肯特   上传时间:2018-05-12   浏览次数:

随着德国“工业4.0”与我国“中国制造2025”战略的提出,机器人与智能装备引起了国内外科学界和工程界的高度重视,毫无疑问,机器人对未来社会的发展具有深远影响。据资料统计,2014年中国市场共销售工业机器人约5.7万台,较上年增长55%,约占全球市场总销量的1/4,已连续两年成为全球第一大工业机器人市场。但目前我国机器人的“密度”依然只有德国、日本的10%,推算到2020年则至少应有23.7万台工业机器人的替代空间。并联机器人作为一类重要的工业机器人,具有刚度大、承载能力强、累计误差小、控制精度高等诸多优点。与关节机器人相比,并联机器人在工业现场占有率不足5%,而食品、医药、3C电子产品和印刷等行业对其有迫切的需求,因此具有广阔的应用前景。


在机器人发展初期,大部分都以串联的形式存在,这里所指的串联式机构,是指运动链是开放的,也就是说所有的运动杆件并没有形成一个封闭的结构链。相对而生的并联式结构出现晚于串联,最早这个概念源自Bricard,其中Stewart六自由度并联机器人发展较早,后来用于飞行模拟器,训练飞行员,此类型机器人的命名是由Stewart platform本人而来,因为Stewart平台的突出贡献,Stewart platform被称为并联机器人之父。在20世界80年代,瑞士洛桑工学院的Clavel首次提出了DELTA并联机构,该机构由动平台、静平台、3个对称支链组成,静平台通过电机与支链链接,每个支链由主、从动臂组成,从动臂为一个平行四边形组杆结构,哥哥运动副都是转动副,该机构只有3个自由度,动平台只能实现平移,该类型机器人迅速发展称为工业机器人。


串联机构与并联结构天生具备自己不同的特点
串联式机构如图1是一个开放的运动链,其所有的运动杆件并没有形成一个封闭的结构链,正因为如此,其具有以下特点:
1、工作空间大;
2、运动分析相对容易;
3、可避免驱动轴之间的耦合效应;
4、机构各轴必须独立控制,并且需搭配编码器与感测器用来提高机构运动时的精准度;


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并联机器人如图2和传统工业用串联机器人在应用上构成互补关系,它是一个封闭的运动链,和串联机器人相比较,并联机器人具有以下特点:

1、不易有动能误差,无累计误差,精度较高;
2、运动惯性小;
3、结构紧凑稳定,输出轴大部分承受轴向应力,机构刚性高,承载能力大;
4、为热对称性设计,热变形量较小;
5、在位置求解上,串联机构正解容易,反解困难,而并联机构正解困难,反解容易;
6、工作空间小;
7、驱动装置可置于定平台或接近定平台的位置,这样运动部分重量轻,速度高,动能响应好;
8、完全对称的并联机构具有较好的各向同性;
根据这些特点,并联机器人在需要高刚度、高精度、大荷重、工作空间精简的领域内得到了广泛应用。


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并联机器人如图2和传统工业用串联机器人在应用上构成互补关系,它是一个封闭的运动链,和串联机器人相比较,并联机器人具有以下特点:

1、不易有动能误差,无累计误差,精度较高;
2、运动惯性小;
3、结构紧凑稳定,输出轴大部分承受轴向应力,机构刚性高,承载能力大;
4、为热对称性设计,热变形量较小;
5、在位置求解上,串联机构正解容易,反解困难,而并联机构正解困难,反解容易;
6、工作空间小;
7、驱动装置可置于定平台或接近定平台的位置,这样运动部分重量轻,速度高,动能响应好;
8、完全对称的并联机构具有较好的各向同性;
根据这些特点,并联机器人在需要高刚度、高精度、大荷重、工作空间精简的领域内得到了广泛应用。


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在国内,早在20世纪80年代黄真教授就率先开始了并联机构的前瞻性研究,并在1991年研制出我国第一台六自由度并联机器人样机。

目前,并联机器人已经被广泛应用与生产装配、物料搬运、精密测量、精密定位、力矩传感、医疗器械、运动模拟等多个领域。针对各种不同的应用,许多公推出了自己的并联机器人产品,例如,FANUC公司生产的可用于生产装配的F200i并联机器人,ABB公司生产的可用于物料搬运的IRB340机器人,Adept公司生产的可用于物料搬运的Adept Quattro并联机器人,Decoration Technology公司生产的可用于机械加工的COPRA并联机器人,Physik Instrumente公司生产的可用于精密测量的F206并联机器人和可用于医疗器械的M850并联机器人,ALIO公司生产的可用于精密定位操作的AI-HEX系列及AI-TRI-HEX系列并联机器人,MoogFCS公司生产的可用于运动模拟平台的E-Cue系列并联机器人,勃肯特(天津)科技有限公司生产的可用于物联搬运和教学设备的BKT系列并联机器人。随着科学技术的进步,并联机器人的应用范围还在不断扩大,其对人类工业生产和日常生活的影响也将变的越来越深刻。