機器人學匯總

1、機器人學大作業(yè)姓名 :學號 :南京航空航天大學并聯(lián)機器人概論摘要 ： 機器人技術的發(fā)展與應用極大的改變了人類的生產(chǎn)和生活方式。利用機器人不僅能夠迅速準確的完成枯燥的重復性工作，而且能在危險惡劣的環(huán)境下可靠地完成許多復雜操作，可以大大減輕人們的勞動前度，改善產(chǎn)品質量。并聯(lián)機器人具有結構簡單、 剛度好、 定位精度高、 動態(tài)響應快等優(yōu)良特性, 特別適用于高精度、大載荷且工作空間較小的場合, 其應用日益廣泛 , 應用領域不斷擴展, 對其進行全面而系統(tǒng)的研究并推向實際應用, 具有重要的理論意義和實用價值。關鍵詞 ： 并聯(lián)機器人；概論引言機器人技術的發(fā)展與應用極大的改變了人類的生產(chǎn)和生活方式。利用機器人不

2、僅能夠迅速準確的完成枯燥的重復性工作，而且能在危險惡劣的環(huán)境下可靠地完成許多復雜操作，可以大大減輕人們的勞動前度，改善產(chǎn)品質量。并聯(lián)機器人具有結構簡單、剛度好、定位精度高、動態(tài)響應快等優(yōu)良特性, 特別適用于高精度、大載荷且工作空間較小的場合, 其應用日益廣泛, 應用領域不斷擴展, 對其進行全面而系統(tǒng)的研究并推向實際應用, 具有重要的理論意義和實用價值。正文傳統(tǒng)機器人一般采用開鏈式結構，其基座和末端執(zhí)行器之間只有一條運動鏈連接，對于具有這樣結構的機器人，也稱其為串聯(lián)機器人。為了實現(xiàn)末端執(zhí)行器在工作空間中多個自由度的靈巧操作，串聯(lián)機器人的運動鏈往往具有多個關節(jié)，通過控制各個關節(jié)的運動，可以實現(xiàn)末端

3、執(zhí)行器對工作空間中任意連續(xù)軌跡的跟蹤運動。 一般而言， 串聯(lián)機器人具有結構簡單、工作空間大、 操作靈活、 正向運動學求解簡便等優(yōu)點，因此在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。但是由于所有關節(jié)都集中在一條運動鏈上，串聯(lián)機器人存在關節(jié)誤差累積效應，末端執(zhí)行器所能達到的位置精度往往有限，而較低的末端執(zhí)行器剛度和負載驅動能力進一步限制了串聯(lián)機器人在實際應用中的性能。當在實際應用中需要機器人有高的承載能力、良好的動力學性能及高精度等要求時，人們迫切需要有另外一種機械結構形式的機器人可供選擇。圖1.1 是并聯(lián)機器人的基本結構圖 1.1 并聯(lián)機器人基本結構當人們需要移動一個很重的箱子時，習慣用兩個手臂或由多個人用多

4、條手臂同時推動箱子，這種多個手臂并行工作的概念應用到機器人的機械結構上就產(chǎn)生了并聯(lián)機器人。與只有一條運動鏈的串聯(lián)機器人不同，并聯(lián)機器人的基座和末端執(zhí)行器之問具有兩條或兩條以上的運動鏈，并聯(lián)機器人的典型結構圖。通常也將這種具有多運動鏈結構機械裝置的并聯(lián)機器人稱為并聯(lián)機構。由于具有多條運動鏈，并聯(lián)機器人的基座和末端執(zhí)行器之間具有環(huán)狀的閉鏈約束。與串聯(lián)機器人相比，具有閉鏈約束是并聯(lián)機器人在結構方面最大的特點。從機構學上看，多條運動鏈同時操作末端執(zhí)行器，不僅抵消了關節(jié)誤差累積效應，而且使得并聯(lián)機器人具有運動慣量低、負載能力強、剛度大等優(yōu)點，這恰恰彌補了串聯(lián)機器人在這些方面的不足，使得并聯(lián)機器人成為一個

5、潛在的高速度、高精度運動平臺。并聯(lián)機器人機構的出現(xiàn)始于20 世紀 30 年代。Gwinnett在其專利中提出了一種基于并聯(lián)機構的娛樂裝置，如圖 12所示，這個運動平臺實際上是一個球形并聯(lián)機構。1940 年， Pollard在其專利中提出了一種用于汽車噴漆的裝置，如圖1 3 所示。這套裝置采用了一個包括三條運動鏈的并聯(lián)機構來控制油漆噴頭的位置和姿態(tài)。1962 年， Gough 發(fā)明了一種基于并聯(lián)機構的六自由度輪胎檢測裝置，如圖14 所示。 Gough所設計的并聯(lián)機構擁有上下兩個平臺，其中下面的平臺是固定的，稱為靜平臺， 上面的平臺是可以運動的，稱為動平臺。上下平臺之間通過六條運動鏈相連接，在這六

6、條運動鏈的協(xié)調操作下，動平臺在工作空間內具有六個運動自由度。 Stewart首次對 Gough 發(fā)明的這種機構進行了機構學意義上的研究，并將其應用于飛行模擬器，如圖 15 所示。由于Stewart在 1965 年發(fā)表的學術論文，學術界開始注意到并聯(lián)機構所具備的潛在優(yōu)勢和廣泛的應用前景。圖 1.2圖 1.3圖 1.4圖 1.5從 20 世紀 60 年代到 70 年代初期，人們主要將并聯(lián)機構應用于飛行模擬器和運動模擬裝置的設計與建造中，并取得了一系列的研究成果。70 年代后期，人們開始將并聯(lián)機構應用到機器人的設計中。1978年，澳大利亞的Hunt 首次提出把并聯(lián)機構用于機器人，從而開創(chuàng)了并聯(lián)機器人

7、的研究工作。1979 年，McCallion 等人將并聯(lián)機構用于裝配機器人的設計，制造了第一臺真正的并聯(lián)機器人。1980 年， Fichter和 McDowell 設計了一種基于 Stewart平臺的并聯(lián)機器人， 并研究了該機器人的反向運動學問題。1981 年，法國人 Lande 和 David 取得了一項關于并聯(lián)機械手的發(fā)明專利。從20 世紀 80 年代開始，隨著各種不同結構并聯(lián)機器人的誕生及并聯(lián)機器人應用范圍的不斷擴大，并聯(lián)機器人的相關研究獲得了長足的發(fā)展。Orin等人使用線性規(guī)劃的方法研究了并聯(lián)機器人負載平衡優(yōu)化的問題。Earl 等人提出了一個“并聯(lián)度”指標，并研究了多種不同并聯(lián)機器人結

8、構的“并聯(lián)度”。Hunt 研究了并聯(lián)機器人自由度的計算方法，并指出在某些特殊位形下，并聯(lián)機器人將會獲得額外的自由度，并導致奇異性現(xiàn)象的發(fā)生。Rooney 等人利用數(shù)值方法求解了一個平面并聯(lián)機器人正向運動學問題，并詳細列舉了所有可能的構型。Yang 等人研究了六自由度 Stewart 并聯(lián)機器人的運動學問題。 Mohamed等人研究了并聯(lián)機器人末端執(zhí)行器運動速度和輸入關節(jié)運動速度之間的關系，并且指出這兩者之間速度關系的表達式可以用于研究并聯(lián)機器人的奇異性。精密定位、力傳感器、醫(yī)療器械、運動模擬等多個領域。針對各種不同的應用，許多家公司推出了自己的并聯(lián)機器人產(chǎn)品，例如，F(xiàn)ANUC公司生產(chǎn)的可用于生

9、產(chǎn)裝配的F200i 并聯(lián)機器人，ABB公司生產(chǎn)的可用于物料搬運的IRB340 機器人， Adept公司生產(chǎn)的可用于物料搬運的Adept Quattro并聯(lián)機器人，Decoration Technology公司生產(chǎn)的可用于機械加工的COPRA并聯(lián)機器人，Physik Instrumente公司生產(chǎn)的可用于精密測量的F206 并聯(lián)機器人和可用于醫(yī)療器械的M850并聯(lián)機器人， ALIO 公司生產(chǎn)的可用于精密定位操作的AI一HEX系列及AI一TRI一HEX系列并聯(lián)機器人，MoogFCS公司生產(chǎn)的可用于運動模擬平臺的 E Cue系列并聯(lián)機器人，固高( 深圳 ) 科技有限公司生產(chǎn)的可用于物料搬運和教學設備的GM系列并聯(lián)機器人。隨著科學技術的進步，并聯(lián)機器人的應用范圍還在不斷擴大，