機(jī)器人學(xué)匯總

1、機(jī)器人學(xué)大作業(yè)姓名 :學(xué)號(hào) :南京航空航天大學(xué)并聯(lián)機(jī)器人概論摘要 ： 機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用極大的改變了人類(lèi)的生產(chǎn)和生活方式。利用機(jī)器人不僅能夠迅速準(zhǔn)確的完成枯燥的重復(fù)性工作，而且能在危險(xiǎn)惡劣的環(huán)境下可靠地完成許多復(fù)雜操作，可以大大減輕人們的勞動(dòng)前度，改善產(chǎn)品質(zhì)量。并聯(lián)機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 剛度好、 定位精度高、 動(dòng)態(tài)響應(yīng)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(chǎng)合, 其應(yīng)用日益廣泛 , 應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展, 對(duì)其進(jìn)行全面而系統(tǒng)的研究并推向?qū)嶋H應(yīng)用, 具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞 ： 并聯(lián)機(jī)器人；概論引言機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用極大的改變了人類(lèi)的生產(chǎn)和生活方式。利用機(jī)器人不

2、僅能夠迅速準(zhǔn)確的完成枯燥的重復(fù)性工作，而且能在危險(xiǎn)惡劣的環(huán)境下可靠地完成許多復(fù)雜操作，可以大大減輕人們的勞動(dòng)前度，改善產(chǎn)品質(zhì)量。并聯(lián)機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度好、定位精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)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(chǎng)合, 其應(yīng)用日益廣泛, 應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展, 對(duì)其進(jìn)行全面而系統(tǒng)的研究并推向?qū)嶋H應(yīng)用, 具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。正文傳統(tǒng)機(jī)器人一般采用開(kāi)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，其基座和末端執(zhí)行器之間只有一條運(yùn)動(dòng)鏈連接，對(duì)于具有這樣結(jié)構(gòu)的機(jī)器人，也稱(chēng)其為串聯(lián)機(jī)器人。為了實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器在工作空間中多個(gè)自由度的靈巧操作，串聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)鏈往往具有多個(gè)關(guān)節(jié)，通過(guò)控制各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)末端

3、執(zhí)行器對(duì)工作空間中任意連續(xù)軌跡的跟蹤運(yùn)動(dòng)。 一般而言， 串聯(lián)機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作空間大、 操作靈活、 正向運(yùn)動(dòng)學(xué)求解簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于所有關(guān)節(jié)都集中在一條運(yùn)動(dòng)鏈上，串聯(lián)機(jī)器人存在關(guān)節(jié)誤差累積效應(yīng)，末端執(zhí)行器所能達(dá)到的位置精度往往有限，而較低的末端執(zhí)行器剛度和負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力進(jìn)一步限制了串聯(lián)機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中的性能。當(dāng)在實(shí)際應(yīng)用中需要機(jī)器人有高的承載能力、良好的動(dòng)力學(xué)性能及高精度等要求時(shí)，人們迫切需要有另外一種機(jī)械結(jié)構(gòu)形式的機(jī)器人可供選擇。圖1.1 是并聯(lián)機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)圖 1.1 并聯(lián)機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)當(dāng)人們需要移動(dòng)一個(gè)很重的箱子時(shí)，習(xí)慣用兩個(gè)手臂或由多個(gè)人用多

4、條手臂同時(shí)推動(dòng)箱子，這種多個(gè)手臂并行工作的概念應(yīng)用到機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)上就產(chǎn)生了并聯(lián)機(jī)器人。與只有一條運(yùn)動(dòng)鏈的串聯(lián)機(jī)器人不同，并聯(lián)機(jī)器人的基座和末端執(zhí)行器之問(wèn)具有兩條或兩條以上的運(yùn)動(dòng)鏈，并聯(lián)機(jī)器人的典型結(jié)構(gòu)圖。通常也將這種具有多運(yùn)動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)機(jī)械裝置的并聯(lián)機(jī)器人稱(chēng)為并聯(lián)機(jī)構(gòu)。由于具有多條運(yùn)動(dòng)鏈，并聯(lián)機(jī)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(jī)器人相比，具有閉鏈約束是并聯(lián)機(jī)器人在結(jié)構(gòu)方面最大的特點(diǎn)。從機(jī)構(gòu)學(xué)上看，多條運(yùn)動(dòng)鏈同時(shí)操作末端執(zhí)行器，不僅抵消了關(guān)節(jié)誤差累積效應(yīng)，而且使得并聯(lián)機(jī)器人具有運(yùn)動(dòng)慣量低、負(fù)載能力強(qiáng)、剛度大等優(yōu)點(diǎn)，這恰恰彌補(bǔ)了串聯(lián)機(jī)器人在這些方面的不足，使得并聯(lián)機(jī)器人成為一個(gè)

5、潛在的高速度、高精度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)始于20 世紀(jì) 30 年代。Gwinnett在其專(zhuān)利中提出了一種基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的娛樂(lè)裝置，如圖 12所示，這個(gè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)實(shí)際上是一個(gè)球形并聯(lián)機(jī)構(gòu)。1940 年， Pollard在其專(zhuān)利中提出了一種用于汽車(chē)噴漆的裝置，如圖1 3 所示。這套裝置采用了一個(gè)包括三條運(yùn)動(dòng)鏈的并聯(lián)機(jī)構(gòu)來(lái)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(jī)構(gòu)的六自由度輪胎檢測(cè)裝置，如圖14 所示。 Gough所設(shè)計(jì)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)擁有上下兩個(gè)平臺(tái)，其中下面的平臺(tái)是固定的，稱(chēng)為靜平臺(tái)， 上面的平臺(tái)是可以運(yùn)動(dòng)的，稱(chēng)為動(dòng)平臺(tái)。上下平臺(tái)之間通過(guò)六條運(yùn)動(dòng)鏈相連接，在這六

6、條運(yùn)動(dòng)鏈的協(xié)調(diào)操作下，動(dòng)平臺(tái)在工作空間內(nèi)具有六個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。 Stewart首次對(duì) Gough 發(fā)明的這種機(jī)構(gòu)進(jìn)行了機(jī)構(gòu)學(xué)意義上的研究，并將其應(yīng)用于飛行模擬器，如圖 15 所示。由于Stewart在 1965 年發(fā)表的學(xué)術(shù)論文，學(xué)術(shù)界開(kāi)始注意到并聯(lián)機(jī)構(gòu)所具備的潛在優(yōu)勢(shì)和廣泛的應(yīng)用前景。圖 1.2圖 1.3圖 1.4圖 1.5從 20 世紀(jì) 60 年代到 70 年代初期，人們主要將并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于飛行模擬器和運(yùn)動(dòng)模擬裝置的設(shè)計(jì)與建造中，并取得了一系列的研究成果。70 年代后期，人們開(kāi)始將并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用到機(jī)器人的設(shè)計(jì)中。1978年，澳大利亞的Hunt 首次提出把并聯(lián)機(jī)構(gòu)用于機(jī)器人，從而開(kāi)創(chuàng)了并聯(lián)機(jī)器人

7、的研究工作。1979 年，McCallion 等人將并聯(lián)機(jī)構(gòu)用于裝配機(jī)器人的設(shè)計(jì)，制造了第一臺(tái)真正的并聯(lián)機(jī)器人。1980 年， Fichter和 McDowell 設(shè)計(jì)了一種基于 Stewart平臺(tái)的并聯(lián)機(jī)器人， 并研究了該機(jī)器人的反向運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題。1981 年，法國(guó)人 Lande 和 David 取得了一項(xiàng)關(guān)于并聯(lián)機(jī)械手的發(fā)明專(zhuān)利。從20 世紀(jì) 80 年代開(kāi)始，隨著各種不同結(jié)構(gòu)并聯(lián)機(jī)器人的誕生及并聯(lián)機(jī)器人應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，并聯(lián)機(jī)器人的相關(guān)研究獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。Orin等人使用線(xiàn)性規(guī)劃的方法研究了并聯(lián)機(jī)器人負(fù)載平衡優(yōu)化的問(wèn)題。Earl 等人提出了一個(gè)“并聯(lián)度”指標(biāo)，并研究了多種不同并聯(lián)機(jī)器人結(jié)

8、構(gòu)的“并聯(lián)度”。Hunt 研究了并聯(lián)機(jī)器人自由度的計(jì)算方法，并指出在某些特殊位形下，并聯(lián)機(jī)器人將會(huì)獲得額外的自由度，并導(dǎo)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(gè)平面并聯(lián)機(jī)器人正向運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題，并詳細(xì)列舉了所有可能的構(gòu)型。Yang 等人研究了六自由度 Stewart 并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題。 Mohamed等人研究了并聯(lián)機(jī)器人末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)速度和輸入關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度之間的關(guān)系，并且指出這兩者之間速度關(guān)系的表達(dá)式可以用于研究并聯(lián)機(jī)器人的奇異性。精密定位、力傳感器、醫(yī)療器械、運(yùn)動(dòng)模擬等多個(gè)領(lǐng)域。針對(duì)各種不同的應(yīng)用，許多家公司推出了自己的并聯(lián)機(jī)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(jī)器人，ABB公司生產(chǎn)的可用于物料搬運(yùn)的IRB340 機(jī)器人， Adept公司生產(chǎn)的可用于物料搬運(yùn)的Adept Quattro并聯(lián)機(jī)器人，Decoration Technology公司生產(chǎn)的可用于機(jī)械加工的COPRA并聯(lián)機(jī)器人，Physik Instrumente公司生產(chǎn)的可用于精密測(cè)量的F206 并聯(lián)機(jī)器人和可用于醫(yī)療器械的M850并聯(lián)機(jī)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(jī)器人，MoogFCS公司生產(chǎn)的可用于運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)的 E Cue系列并聯(lián)機(jī)器人，固高( 深圳 ) 科技有限公司生產(chǎn)的可用于物料搬運(yùn)和教學(xué)設(shè)備的GM系列并聯(lián)機(jī)器人。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，并聯(lián)機(jī)器人的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，