并联机构与并联机器人ppt课件

并联机构与并联机器人，仿生机器人课程专题报告，名称： 班级：13班，计算机硕士，1班，学生编号：2111301003，1，内容安排：1，并联机构简介，3，delta并联机器人详细说明，4，并联机器人思考，2，1并联机构简介，并联机构的出现可追溯到20世纪30年代。1931年，格温内特在他的专利中提出了一种基于球面并联机构的娱乐装置。在接下来的几十年里，新的并联机构不断被提出并应用于工业领域，如汽车喷涂、轮胎测试、飞行模拟器等。其中，由高夫于1962年发明并由史都华系统(或史都华机构)研究的高夫-史都华机构应用最为广泛，至今仍被广泛研究和使用。格温妮特的娱乐装置(5D电影)在1931年，斯图尔特机构在1965年，3，和德尔塔并联机构(或德尔塔机器人)由法国教授克拉维尔在1985年设计，4，根据自由度分类，(1)2自由度并联机构。(2)三自由度并联机构。(3)四自由度并联机构。(4)五自由度并联机构。(5)六自由度并联机构。(如Stewart机构和双Delta嵌套机构)平面机构在二自由度和三自由度并联机构中有一个特例，降低了研究难度，被人们广泛研究和使用。六自由度并联机构是并联机器人机构的主要类型之一。这是国内外学者研究最多的并联机构。它广泛应用于飞行模拟器、六维力和力矩传感器以及并联机床等领域。然而，这种机构的许多关键技术尚未完全解决，如运动学正解、动力学模型的建立和并联机床的精度标定等。为了满足越来越复杂的工作需求，有必要研究和使用多自由度(36)空间机构。近年来，国内外对机构的研究主要集中在多自由度多分支并联机器人的构型上。该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非常具有挑战性的问题。到目前为止，国内外并联机构的综合研究方法主要有四种，即基于给定末端运动约束的螺旋理论的综合方法、基于李代数的综合方法、基于给定末端运动的综合方法和枚举综合方法。并联机器人由一个固定基座、一个n自由度末端执行器和至少两条独立的运动链组成。并联机器人的特点是：(1)无累积误差，精度高；(2)驱动装置可放置在固定平台上或附近，使运动部件重量轻、速度快、动态响应好；(3)结构紧凑，刚度大，承载力大；(4)完全对称的并联机构具有良好的各向同性；(5)工作空间小；第一代德尔塔(1985)机器人就像一只三条腿倒立的蜘蛛。它被誉为“最成功的并联机器人设计”，因为它在装配、自动化和医疗设备领域的灵活性、速度和准确性，并于1990年左右在多个国家申请专利。由于专利保护的限制，德尔塔机器人在早期没有得到应有的推广。直到近年来专利保护的终止，世界各地的制造商才开始竞争生产和开发。在德尔塔原型的基础上，研究人员制作了许多衍生模型。11、FANUC 6轴机器人、3轴关节式腕关节(专利产品)delta机器人具有以下优点：1。最后增加了三个旋转自由度，可应用于更复杂的工作条件2。以每秒2000度的更快速度拾取、旋转和放置物体。缺点：有效载荷较低。第一代最大负载为0.5千克，当前最大负载可达6千克。瑞士工业有限公司将旋转副的驱动改为移动副的驱动，13，工业应用，14，15，视频：饼干抓取，视频：试管分拣，16，虚拟轴机床，也称为并联机床，实质上是机器人技术和机床技术结合的产物。与传统机床相比，它具有比刚度高(弹性模量与密度之比，比刚度高意味着相同刚度下材料重量轻)、响应速度快和运动精度高等优点。缺点：运动空间小，空间旋转角度(灵活性)小，开放性差。2.2虚拟轴机床简介(20世纪90年代)，17，传统机床与虚拟轴机床的外观差异，18，19，视频：虚拟轴机床1，视频：虚拟轴机床2，20，3，delta并联机器人详细说明，图中所示3.1自由度计算机构的简化有利于运动学分析，但有些文章还直接根据简化图计算自由度，我个人认为不合适。由于将平台简化成点的过程实际上忽略了它的态度信息，并且态度的改变也属于自由的范畴，个人倾向于使用原始的机制图来分析，21。对于空间机构自由度的计算公式，国内外研究者做了大量的研究，也获得了大量的(至少35个)公式，其中大部分是适用条件限制或一些“注意事项”(如需要区分普通约束、虚拟约束、循环数、链数、局部自由度等)。)。马卢舍夫(前苏联)空间机构计算公式，平面机构自由度计算公式：F=3n-2pl-ph公式，其中N是可移动杆的数量(不包括框架)pl是平面低副的数量(即只有一个自由度的运动副)ph是平面高副的数量，:3个活动臂P5，12个球形铰链P3W=6(11-1)-5*3-3*12-6=3应该注意，机构中的六个碳纤维杆保留6个计算22,KutzbachGrubler公式。23.中国北华大学的欧阳福等人发表了一系列文章，并在2003年提出了一个公式，可以取代以前的34个计算公式。作者说该公式应用范围最广，计算过程简单，但实际上公式中的包含5个冗余自由度。差异和计算过程并不简单。24，3.2确保移动平台始终水平的机构。在Clavel给出的图中，从动杆的两端通过虎克接头(通用交叉联轴器)连接。很容易分析同一组杆是共面的，并且每组从动杆(例如5a和5b两个杆)基于相对侧的相等长度参与形成平行四边形。因此，如图所示，三组不同颜色的轴总是平行的，从而保证移动平台与静止平台平行。注意：中间杆增加了末端执行器绕z轴旋转的自由度，两端通过十字万向节连接到电机轴和末端执行器，末端执行器通过轴承连接到可移动平台，因此可移动平台的姿态不受影响。在实际生产中，为了美观或其他工作条件，经常使用球形铰链代替虎克铰链(必须添加约束)。在分析移动平台的姿态时，一些文章也普遍指出，delta机器人的移动平台是由从动杆组成的平行四边形，但没有详细分析四杆机构等对边如何在空间保持共面，容易引起误解。在solidworks仿真中，仿真结构与实际机构的区别仅在于从动杆之间的弹簧。试验证明，它的作用不仅仅是保证球形铰链的平行端面。这两个弹簧的机理是什么？运动学分析：并联机器人不同于串联机器人，串联机器人具有简单的正向运动学和复杂的反向运动学解。通常，逆运动学解是在得到正运动学方程后，通过matlab等数学工具得到的。然而，并联机器人通常容易求解逆运动学而难以求解正运动学。反位置解：知道末端位置，找到每个主动臂摆角的几何解：以末端位置的点p为圆心，作为球面s，当主动臂L1在其工作范围内摆动时，端点轨迹线与球面s相交奇异构形是机构的固有属性，对机构的工作性能有着严重的影响。边界奇异构形det(J)=0具有外边界和内边界奇异构形局部奇异构形det(J)，表明机器人末端在构形中具有不可控的局部自由度。局部奇异构形是并联机构所独有的，在串联机构中不存在。局部奇异构形是并联机构领域的关键研究问题之一。当速度雅可比矩阵的行列式接近零时，机器人处于结构奇异状态。结构的奇异构形也是并联机构的一个特殊特性，只有满足特殊机构的尺寸时才能产生奇异构形。在模拟过程中，有一个“扭曲”甚至“结”是无法恢复的，这应该是单一的配置，但为什么？真有趣！如果你想彻底了解，你应该做很多努力，30，常见的症状是你不能成功地构造反解分析球。31，3.5工作空间，可达工作空间是机器人末端的一组可达位置点；智能工作空间是当满足定位姿态范围时机器人末端的一组可达点。总工作空间是当给定所有位置和姿态时机器人末端可到达的点的集合。可达工作空间(W)可通过圆弧求交法获得。它的形状是一个伞状的三维空间，也可以通过matlab实现。32，4。考虑到高精度和高速度的固有优势，并联机器人自出现以来就被广泛应用于工业和医疗等行业。随着世界各国科学技术的进步和机器人工业的进步，机器人已经逐渐从工厂、实验室等特定场所转移到普通人的家中，并联机器人也应该占据一席之地。然而，根据统计，在役机器人目前使用的串联远多于并联。并联机器人的使用受到许多原因的限制，如工作空间小、负载能力有限等。在我看来，还有一个重要原因是由于并联机构(尤其是空间并联机构)的复杂性，对并联机构的研究不够深入，目前开发的并联机构数量有限。目前，只有斯图尔特、德尔塔等少数几类得到了充分研究和广泛应用。在前面对delta系统的分析中，我们已经知道了并行机制的