六自由并联机器人简介

1、目录 p题目 p发展与应用 p原理 p伺服系统建模 p我们的设备 题目 南仁东. 中国科学 G辑 .物理学 力学 天文学, 2005,35(5). 段艳斌等.机械 设计与制造. 2013,(8). 题目 比较项目比较项目并联机器人并联机器人串联机器人串联机器人 工作空间工作空间小大 刚度刚度高低 奇异性问题奇异性问题很多不多 负载能力负载能力高低 惯量惯量小大 结构结构复杂简单 位置精度位置精度误差平均化误差积累 速度速度较高较低 加速度加速度较高较低 承载力承载力多杆积累单杆限制 位置反解位置反解容易困难 位置正解位置正解困难容易 控制控制复杂简单 Yiu Y. K. Ph.D.Thesis

2、.Hon g Kong:The Hong Kong University of Science and Technology. 2002 发展与应用 并联机器人简介 并联机构的研究最早可以追溯到1813年，著名数学家 A.Cauchy对结构相连的八面体运动的可能性产生了兴 趣并进行了研究； 十九世纪末工程师已经开始对空间机构进行研究了； 1931年，Gwinnett在其专利中提出了一种并联机构的 娱乐装置； 1940年，Pollard在其专利中提出了一种空间工业并联 机构，用于汽车的喷漆 1949年Gough采用并联机构制作了轮胎检测装置； 发展与应用 直到1962年才出现相关的文字报道； 1

3、965年，Stewart在他的一篇文章提出了一种6自由度的 并联机构，并建议可以将该机构用于飞行器、受人类控 制的宇宙飞船，还可以作为新型机床的设计基础； J.Tindale建议将该形式的机构用于矿山开采机构和海上 钻井平台； D.Stewart.a platform with six degrees of freedomJ.proc instn mech engrs.Vol.180,No.15,1965 发展与应用 1978年，澳大利亚著名机构学家Hunt提出可以应用6 自由度的Stweart平台机构作为机器手的思想； 1979年Mccallino等人首次设计出了在小型计算机控制 下，在精密

4、组装中完成校准任务的并联机器人，从而 真正拉开了并联机器人研究的序幕，越来越多的学者 投入到研究之中； 到80年代末期特别是90年代以来，并联机器人广为注 意，并成为了新的热点，许多大型会议都设多个专题 进行讨论，国际上名的学者有Warldron，Roth， Gosselin，Fenton，Merlet，Angele等。 王海东.并联机器人机构构型与性能分析D.秦皇岛：燕山大学，2001. 张志涛.Stewart类六自由度并联机构的研制D.天津：天津大学，2009. 发展与应用 对于传统的Stewart并联机构，从结构上看,运动的动平台(platform)通过六个运动链 (chain)或分支(

5、leg)与固定平台(base)相联接,每个分支与动平台的联接为球铰或虎克铰, 与定平台的联接为虎克铰或球铰。从理论上讲这六个分支可以任意摆放,每个分支由惟 一的驱动控制器驱动,运动平台的运动是通过这六个分支的可驱动杆件的伸缩来实现的, 它是一种复杂的六自由度相协调的空间运动。通常也称之为6-6型Stewart平台。通过 引入复合球铰，可以得到6-3型或3-3型Stewart平台机构。 王海东.并联机器人机构构型与性能分析D.秦皇岛：燕山大学，2001. 张志涛.Stewart类六自由度并联机构的研制D.天津：天津大学，2009. 候凯翔.六自由度动感体验设备及控制系统开发D.长春：吉林大学，2

6、011. 发展与应用 应用领域 训练模拟器训练模拟器/驾驶模拟器驾驶模拟器 训练用飞行模拟器具有节能、经济、安全、不受场地和气候条件限制等优点。目前已 成为各类飞行员训练必备工具。Stewart在1965年首次提出把六自由度并联机构作为 飞行模拟器，开此应用的先河。目前，国际上有大约70家公司生产基于并联机构的各 种运动模拟器。并联平台机构在军事方面也得到了应用，将平台装于坦克或军舰上， 用它来模拟仿真路面谱和海面谱，以使目标的瞄准设计过程中不受这些因素的干扰， 达到准确击中目标的目的。 发展与应用 检测产品在模拟的反复冲击、振动下的运行可靠性检测产品在模拟的反复冲击、振动下的运行可靠性 Go

7、ugh在1948年提出用一种关节连接的机器来检测轮胎。轮胎检测是将轮胎安装 在试验台轮毂上，施加载荷并让其高速旋转，通过测定轮胎旋转时所受的径向、侧向 和纵向滚动阻力的变化值。并联机构的灵活性和高刚度具有很大的优势。目前， Stewart平台仍广泛用于轮胎均匀性检测和动平衡实验。 李仕华.几种空间少自由度并联机器人机 构分析与综合的理论研究D.秦皇岛：燕 山大学，2004. 发展与应用 娱乐运动模拟娱乐运动模拟平平台台 运动仿真就是因为能给人以动感刺激才逐步进入娱乐业的。运动的并联平台配 以视景、音响以及触觉等。如美国和日本的“星球航行”、“宇宙航行”等娱 乐设施均采用并联机构平台。 在中国我

8、们也有比如“动感电影”，又叫“模拟电影系统” 候凯翔.六自由度动感体验设备及控制系统开发D.长春：吉林大学，2011. 李仕华.几种空间少自由度并联机器人机构分析与综合的理论研究D.秦皇岛：燕山大 学，2004 发展与应用 并联机床并联机床 虚拟轴车床是并联机构在工程应用领域最成功的范 例,与传统数控机床相比较,它具有传动链短、结构 简单、制造方便、刚性好、重量轻、速度快、切削 效率高、精度高、成本低等优点,容易实现六轴联动, 因而能加工复杂的三维曲面。 1994年在芝加哥国际机床博览会上，美国 Giddings Kp的论域设置为-0.3,-0.2,- 0.1,0,0.1,0.2,0.3，Ki

9、的论域设置为 -0.06,-0.04,-0.02,0,0.02,0.04,0.06， Kd的论域设置为-3,-2,-1,0,1,2,3 Gain1的值为0.6，Gain2的值为0.01， Gain3、Gain4、Gain5值分别是0.0798、 4.533、0.1004，Constant1、 Constant2、Constant3的值分别是36.9、 0.19、1.945 伺服系统建模&仿真 伺服系统建模&仿真 单位阶跃响应稳态误差/mm弦波跟踪误差/mm 无噪声有噪声无噪声有噪声 0.0007mm- 0.0108mm0.016 5mm - 0.0300mm0.02 93mm - 0.0498

10、mm0.06 23mm 0.25s 我们的设备 我们的设备 我们的设备 我们的设备 EMI：A2LB-30A 250VAC，50/60Hz，30A，-25C85C 谢谢大家！ 发展与应用 直到1962年才出现相关的文字报道； 1965年，Stewart在他的一篇文章提出了一种6自由度的 并联机构，并建议可以将该机构用于飞行器、受人类控 制的宇宙飞船，还可以作为新型机床的设计基础； J.Tindale建议将该形式的机构用于矿山开采机构和海上 钻井平台； D.Stewart.a platform with six degrees of freedomJ.proc instn mech engrs.

11、Vol.180,No.15,1965 发展与应用 我国第一台虚拟轴机床原型样机VAMTIY已由清华大学和天津大学联合开发； 天津大学和天津第一机床总厂合作于1999年研制了三坐标并联机床商品化 样机LINAPOD； 哈尔滨工业大学 燕山大学 李仕华.几种空间少自由度并联机器人机构分析与综合的理论研究D.秦皇岛：燕山大 学，2004. 原理 并联机器人的自由度计算公式为： 式中：表示机构的自由度，m表示活动构件总数，n表示运动副件的个数，pi表 示第i个运动副的限制自由度数。 虎克铰链的限制自由度数为4，球铰链的限制自由度数为3，滑动缸体的限制自 由度数为5。 传统的六自由度并联机器人活动构件的

12、总数一般为13个。 综上，六自由度并联机器人的自由度为： 6*13-(6*3+6*4+6*5)=6 张志涛.Stewart类六自由度并联机构的研制D.天津：天津大学，2009. 原理 位置反解就是根据运动平台的位姿反求出各个驱动缸的伸长量，要实现这一求解过 程，首先需要对六自由度并联机器人参考坐标系和动坐标系。 候凯翔.六自由度动感体验设备及控制系统开发D.长春：吉林大学，2011. 伺服系统建模 PMSM不能简单依靠调节电枢电流来实现电磁转矩的控制，工程上通常采用矢量变 换控制法对其进行控制。主要的矢量控制方法有id=0控制。 当用id=0矢量控制时，转子磁链的方向固定，定子的电流与转子磁通量彼此不耦合， 调控更方便且被控速度范围更大，由于本实验六自由度并联机器人的PMSM数学模 型是在d-q坐标系下创建的，采用id=0矢量控制法更合适，此方法是通过对轴向电流 解耦，可使定子电流中只存在交轴方向的分量。