并联机器人与先进制造技术.pdfVIP

先进制造技术课程大作业 2016 年 10 月 并联机器人与先进制造技术 于开宇 天津大学机械学院机械工程专业 2016 级硕士生 摘要：工业机器人作为最典型的机电一体化的高科技装备，在如今得到了非常广泛的应用。而当下并联机器人机构作为一种 新型的机构，受到社会上各方面的重视，文中将结合本人研究课题以天津大学 Cross-IV机械手为研究对象对并联机构的概念、 特点、轨迹规划和发展前景等作出概述。 关键词：并联机器人 发展现状 Cross-IV机械手 轨迹规划 发展前景 引言* 工业机器人自20世纪60年代初问世以来, 得到 十分迅速的发展, 已广泛应用于各个工业领域以及 服务行业、医疗卫生等方面。在工业(串联) 机器人 方兴未艾时, 又出现了一种全新的并联机器人种 类。并联机器人与串联机器人相比具有结构刚度大、 承载能力强、运动精度高以及位置反解简单和力反 馈控制方便等诸多优点, 与目前广泛应用的串联机 器人在应用上构成互补关系, 因而扩大了整个机器 人的应用领域。机器人技术已经成为了先进制造技 术的发展基础。 先进制造技术，先进制造技术作为一个专有名 词的提出始于20世纪80年代末期的美国，这个概念 一经提出立即获得世界各国的积极响应，将制造技 术的研究推向新的高潮。包括机器人、柔性制造系 统以及它们所依赖的控制软件会给现代企业带来重 大的冲击。 将并联机器人应用于先进制造领域已经成为了 世界上各企业，各国家在市场竞争中制胜的法宝， 而机器人在制造系统中的应用也在随着时代的进步 而起到越来越重要的作用，并逐渐成为时代高新技 术的脊梁，所以如何把握这项技术成为了重中之重。 1 机器人在制造系统中的地位 通过我们对先进制造模式的分析可以看出，柔性 是它的重要特点之一，能否把现有的大规模生产线转 化为能进行中小批量生产的“柔性”生产线，以达到 生产同类产品的价格与批量无关，这将决定一个企 业、一个地区，乃至一个国家在未来市场竞争中的地 位。而机器人是一种具有高度柔性的自动化设备，对 提高制造生产线的柔性具有特别重要的意义，因此机 器人将在未来的制造企业中扮演越来越重要的角色。 未来的典型制造工厂将是由计算机网络控制的包含 多个机器人加工单元的分布式自主制造系统。在未来 的制造工厂中，机器人技术不仅对工厂的底层车间产 生深刻的影响，还将对产品的设计产生重要影响，产 品设计者将在产品设计过程中应用工厂和机器人等 设备的模型来检验其产品的可制造性。 机器人并不仅仅是在简单意义上代替人工的劳 动，它还是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的 电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析 判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、 抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器进化 过程的产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服 务性设备，也是先进制造系统中不可缺少的自动化设 备。因此，工业机器人必须改变过去的“部件发展方 式”，而应该优先考虑“系统发展方式”。随着工业机 器人应用范围的不断扩大，机器人不应该仅仅适用于 简单重复的工作，而是要作为一个可编程的高度柔性 的、开放的加工单元集成到先进制造系统中来。 2 并联机器人的发展现状 机构的发展大致经历了从一杆到多杆、从平面到 空间、从串联到并联的过程。1965 年，英国高级工 程师 Stewart 发表了《一个具有六个自由度的平台》 的文章，很多人把这种机构称为 Stewart 机构，这种 机构是最典型的并联机器人机构。1978 年澳大利亚 著名机构学教授 Hunt 提出将并联机构用于机器人手 臂。并联机构的特点：（1）与串联机构相比刚度大， 结构稳定；（2）承载能力大；（3）微动精度高；（4） 运动负荷小；（5）在位置求解上，串联机构正解容易， 但反解十分困难，而并联机构正解困难反解却非常容 月 2016 年 10 月 于开宇：并联机器人与先进制造技术 易。由于机器人在线实时计算是要计算反解的，这对 串联式十分不利，而并联式容易实现。 并联机床（Parallel Machine Tools）又称为并联 结构机床（Parallel Structured Machine Tools）以 Stewart平台为基础，是并联机器人在制造业的突出 运用。它的出现不仅引起了世界各国的广泛关注， 而且被誉为“机床结构的重大革命”，制造业给予高 度的重视。并联机床以空间并联机构为基础，充分 利用计算机数字控制的潜力，以软件取代部分硬件， 以电气装置和电子器件取代部分机械传动，使将近 两个世纪以来以笛卡尔坐标直线位移为基础的