【五自由度混合机械手研究现状的文献综述2100字】

导论五自由度混合机械手研究现状的文献综述从1997年开始，国内外相继推出了各种类型的混合机器人，瑞典NeosRobotics公司在EMO97和EMO99上分别展示了Tricept600和Tricept805五自由度混合机器人，该公司在IMTS2000上展示了Tricept845加工中心。Tricept系列混合机最具代表性，多年来生产了300多台，占据了70%以上的相关市场，在波音、沃尔沃、大众、通用等世界500强企业中均有应用，并取得了良好的经济效益。Tricept型五自由度混合机器人的核心功能部件，如图1-2a所示，为2R1T，并联3UPS/UP(U代表虎克铵)，二自由度AC调姿头串接在并联机构的动台上。EMO2001上展出了由德国机床制造商DECKELMAHO开发的3杆铣削中心，TriCenter，大连机床集团在CIMT2001上展示了五自由度混合式机器人DCB510，吉林大学研制的JDYP51型五自由度自由曲面研抛机器人，采用了上述布局形式。台湾国立大学于2002年提出TRR-XY型五自由度混合机械人母，利用并联机械构型3PRS实现水平面内的二次旋转及一次运动自由度，在XY工作台的辅助下实现二次运动。在2003年，清华大学和齐齐哈尔第二机床厂合作开发了一款大型龙门式五自由度混合式机器人XNZD241519，该机器人通过一个二自由度并联机构，实现了垂直面内的两个运动；在主轴箱上串联一台二自由度AC调姿头，以增加工作台的运动距离，从而实现五轴联动。DS-Technoligie公司2004年在SprintZ3主轴头获得成功之后，推出了EcoSpeedF系列五自由度混合式加工中心，适用于中小型零件的制造，如图1-2b)所示，这款机器人是一款安装了2R1T机构3-PRS的底座的移动平台。同一年，天津大学开发了一种TriVariant11-10混合机器人，它是一种Tricept机器人的变体，它将3UPS/UP并联机构转变为2UPS/UP，并将其与2R1T机器人和2UPS/UP移动平台相连接，从而实现二自由度上下摆动。哈尔滨工业大学于2006年提出了一种基于2TPR/2TPS转2移动式并联机构的五自由度混合机器人，该机器人可以通过1个转动台或1个转动台串联在并联机构的平台上进行单自由度摆头运动。2007年，哈尔滨量具刃具厂引进瑞典Exechon公司研制的新型五自由度混合机器人LINKS-EXE70018.19，如图1-2c所示，该加工中心的核心功能部件为2R1T并联机构2UPR/SPR，在其动台上串接AC调姿头形成5轴联动。清华大学于2009年研制了一种五自由度混合机器人，它采用三自由度2PRU/PRC(C代表圆柱体副)并在其构型上进行了1个旋转，2个旋转，1个旋转，2个旋转和2个水平运动。2015年，天津大学研制出五自由度可重构混合机器人TriMule21-23，其核心功能部件基于2R1T并联机构2UPR/UP/UPS，其关节数较Tricept少6个，大部分构件可与Tricept互换，具有仅允许恰约束分支承载所有约束特性，且三个分支位于同一平平面，不仅具有部分转动解耦的优点，而且可将平台拆分成两个固定轴底座，大大减轻并联组件的重力，使可重构设计更容易。同一年，浙江科技大学研制了2UPR/RPU-RR+P型混合机器人P4，采用并联机器构型2UPR/RPU，在串联部分进行2个旋转动作，在工作台上进行1个移动动作，从而较好地实现了空间5个自由度的加工作业；新近，对2UPR/2RPU，构造了冗余驱动并联机构型2UPR/2RPU串接XY移动平台的混合机器人。a）Tricept机器人b）Ecospeed机器人c）Exechon机器人图1.1国外的3种五自由度混合式机器人在此基础上，国内研究学者们还构建了其他五种自由度混合机器人，如2R1T机构2UPR-UP-UPS和2UPS/UP动台上串联二自由度摇摆头的混合机器人TriMule,TriVariant机器人TriMule，图1-3a、1-3b。图1-3c)显示了在2R1T型并联机构2UPR-RPU动台上串接二自由度摇摆头，并将其与六自由度混合机器人相结合。此外，项目申请者还根据2R1T型并联机构2RPU-UPR型混合机器人2S，如图1-3d)所示，该机器人通过在并联机构动平台上串接单自由度摇摆头，并在摇摆头上附加一个工作台的运动过程(R、P、S和U分别表示旋转副、运动副、球副、虎克较)。这五个自由度的混合机器人，与国外的混合机器人相比，总体水平仍有一定差距，但工业应用前景广阔，技术日趋成熟。a）TriMule机器人b）TriVariant机器人c）2UPR/RPU-RR+P混合式机器人d）2RPU/UPR-R+P混合式机器人图1.2国内的4种五自由度混合式机器人就目前而言，这类五轴混合式机器人在国外只有少数几种型号，而在国内还没有成熟的、具有自主知识产权的应用产品，并且都是基于2R1T并联机构设计而成。五自由度混合机械臂将直角坐标系和关节坐标系两种不同的自由度形式混合在一起，兼有直角坐标机械手刚性大、精度高、关节型机械臂运动灵活等优点，可实现多种形式的复杂运动，满足多种使用要求。在此基础上，建立了机械臂的运动学模型，设计了运动控制软件，实现了五自由度混合机械臂的运动控制，从而解决了五自由度混合机械臂的设计问题。本文旨在研制一种XYZ+R1R2混合五自由度机械臂运动控制系统。参考文献[1]刘迪,王玮,鲁华丽,刘湘鹏,李钦.六自由度机械手在发动机总装中的应用[J].设备管理与维修,2021(09):137-138.[2]李飞伟.基于虚拟现实的机器人智能控制系统[J].单片机与嵌入式系统应用,2021,21(04):41-44.[3]彭卫东,温力伟.基于机器视觉的开关操纵机械手研究[J].机电工程技术,2021,50(03):129-131.[4]冯建.一种五轴舵机机械手运动学分析及仿真试验研究[J].机床与液压,2020,48(23):132-136.[5]崔娜.基于AT89C51单片机的四自由度机械手设计[J].现代制造技术与装备,2020,56(12):100-101.[6]蔡玉强,张文瑞.三自由度机械手雅可比矩阵的建立及动力学仿真[J].机械,2020,47(12):61-67.[7]曹励龄.基于S7-200PLC的三自由度机械手控制系统设计[J].农家参谋,2020(24):202.[8]段现银,张灿,朱泽润,孙朝阳,蒋国璋,向峰.逆解多目标优化的六自由度机械手轨迹规划[J/OL].系统仿真学报:1-9[2021-06-21]./10.16182/j.issn1004731x.joss.20-0455.[9]周睿,李淑颖,汪义博,王长磊,牟伦锐.一种5自由度机械手的运动学分析[J].工具技术,2020,54(08):45-49.[10]秦建华,蒋芳明.极限位姿工况下四自由度机械手力学特性[J].桂林理工大学学报,2020,40(03):612-616.[11]肖国红,弓清忠,纪志飞.基于PLC控制的5自由度机械手实验平台开发[J].机械工程师,2020(08):15-17.[12]叶青青.液压式四自由度机械手设计研究[J].科学技术创新,2020