并聯機器人優缺點,這篇文章全部告訴你

[羅戈導讀]并聯機械手是一個機械系統,它使用幾個計算機控制的串行鏈來支持一個單一的平臺,或末端執行器。也許,最著名的并聯機器人是由6個線性執行器組成的,這些執行器支持用于飛行模擬器等設備的可移動基座。

并聯機械手是一個機械系統,它使用幾個計算機控制的串行鏈來支持一個單一的平臺,或末端執行器。也許,最著名的并聯機器人是由6個線性執行器組成的,這些執行器支持用于飛行模擬器等設備的可移動基座。

 

人們常說并行機器人比串行機器人更硬、更快、更精確。然而,事實要復雜得多,因為并聯機器人彼此之間存在巨大差異。 

最后,可以說大部分多軸精密定位裝置都是基于并聯機器人的,主要是六足和三腳架。然而,造成這種現象的原因與串行機器人的誤差積累(而并行機器人的誤差是平均的)關系不大,而與六足和三腳架是剛性的關系更大。 

這些系統也被稱為并聯機器人,它們是鉸接式機器人,使用類似的機制來移動機器人的基座,或一個或多個機械手。他們的“平行”區別,相對于串行機械手,是這個連桿(或“手臂”)的末端執行器(或“手”)通過一些(通常是三或六)獨立的并聯機構連接到它的基座上。

這里使用的是拓撲意義上的“并行”,而不是幾何意義上的“并行”;這些連桿相互作用,但這并不意味著它們是平行線。

設計特點

與串行機械手相比,并聯機械手的每條鏈條通常較短,結構簡單,因此可以抵抗不必要的運動。一條鏈的定位誤差與其他鏈的定位誤差是平均的,而不是累積的。對于串行機器人,每個執行器都必須在自己的自由度內運動;然而,在并聯機器人中,關節的離軸柔度也受到其他鏈的影響。正是這種閉環剛度使得整個并聯機器人相對于其部件具有剛性,而不像串行鏈那樣,隨著部件的增多,其剛性逐漸降低。

這種相互加強也允許簡單的結構: Stewart平臺六足鏈條使用任意軸萬向球關節之間的棱柱關節線性致動器。球關節是被動的:只需簡單地自由移動,沒有執行機構或剎車;它們的位置完全受其他鏈的限制。Delta機器人有安裝在基座上的旋轉執行器,可以移動一個輕巧、僵硬的平行四邊形手臂。執行器安裝在其中三個手臂的頂端之間,同樣,它也可以安裝在簡單的球形接頭上。并聯機器人的靜態表示通常類似于鉸接桁架:連桿和它們的執行機構只感覺到張力或壓縮,沒有任何彎曲或扭矩,這再次降低了任何靈活性對軸外力的影響。

并聯機械手的另一個優點是,重型執行機構往往集中安裝在一個單一的基礎平臺上,手臂的運動僅通過支柱和關節進行。這種沿著手臂的質量減少允許更輕的手臂結構,從而更輕的執行機構和更快的運動。這種質量的集中也降低了機器人的整體慣性矩,這對移動或步行機器人來說可能是一個優勢。

所有這些特點使得機械手具有廣泛的運動能力。由于它們的行動速度往往受到剛性而非純粹力量的限制,與串行機械手相比,它們可以快速行動。

與串行操作器比較,大多數機器人應用都需要剛性。串行機器人可以通過使用高質量的旋轉關節來實現這一點,這些關節允許在一個軸上運動,但對軸外運動是剛性的。任何關節允許的運動也必須在執行機構的故意控制下進行。一個運動需要幾個軸,因此需要許多這樣的關節。一個關節不需要的靈活性或馬虎性會導致手臂出現類似的馬虎性:沒有機會支撐一個關節對另一個關節的運動。其不可避免的滯后性和離軸柔度沿臂的運動鏈不斷累積;精密臂是這些關節的精度、復雜性和成本之間的折衷。

與串行機器人相比,并聯機器人的一個主要缺點是它們的工作空間有限,因為它們的腿可能會發生碰撞,而且(對于六足機器人)每條腿有五個被動關節,每個關節都有自己的機械極限。并聯機器人的另一個缺點是它們在奇異位置完全失去了剛度(機器人獲得了無法控制的有限或無限自由度;它會變得搖晃或移動)。這意味著雅可比矩陣,即從關節空間到歐幾里德空間的映射,變得奇異(秩從6減少)。

應用:

飛行模擬器

汽車模擬器

工作流程

光子學/光纖對準

優勢:

-高速,高精度定位,有限的工作空間,如在組裝pcb板

-作為微型機械手安裝在末端執行器的較大,但較慢的串行機械手

-作為高速/高精度銑床

并聯機器人通常在工作空間中受到更多的限制;例如,他們通常無法繞過障礙物。執行所需的操作(正運動學)所涉及的計算通常也比較困難,并且可能導致多個解。

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