产品:20
联系我们
1 并联技术发展
高速并联机器人的研究最早追溯到Clavel博士于1985年发明的Delta机械手。该机械手主动臂由外转动副驱动，从动臂为平行四边形结构，末端执行器可在工作空间内实现三维高速平动。而且，在静、动平台间加装两端带有虎克铰链的可伸缩转轴，可实现末端执行器绕动平台所在平面法向的单自由度转动，从而完成对标的物的抓放动作。
瑞士Demaurex公司首先注意到了Delta机构的巨大市场潜力，于1987年购买了Delta机构的专利，并以其为执行本体先后研制出了Pack-Placer、Line-Placer、Top-Placer和Presto等工业机器人产品，在巧克力、香肠、方便面等多条食品生产线上获得应用。1999年，ABB公司通过将真空系统和视觉系统集成于Delta机械手上，成功推出称为IRB 340 FlexPicker的高速搬运机械手，并在食品、医药等行业的分拣、包装及抓放领域获得成功应用。受市场需求的驱动，近年来许多著名机器人公司也相继开始了该类机器人装备的开发研究工作。例如，德国ELAU公司与PWB合作开发了ELAU Robot P3；德国Manz Automation AG机器人在引入Adept开发的Delta机械手的基础上，成功研制出The Manz Solarroboter。与此同时，日本Fanuc公司也推出串接2自由度转头的Delta机械手。
然而，对于仅需在平面内完成标的物搬运和抓放作业的场合，如继续使用Delta机械手提供的解决方案，将导致成本和功能的双重浪费。因此，天津大学以及PWR Pack等研发机构相继研制出了不同结构的2自由度高速并联机械手，其末端执行器可实现平面内2维高速平动。该机械手主要有两个优势：一是通过减少机构自由度，进而减少活动构件和驱动装置的数量，降低机械手本身的复杂程度，从而实现生产线成本的降低；二是可通过活动关节数量的降低以及支链中某些部分的加强设计，满足高精度作业需求。
此外，针对在抓放操作中需要实现SCARA运动的场合，可通过在上述机械手动静平台间添加UPU支链的方式，实现末端执行器绕动平台法向的转动。然而，由于UPU支链长期在工作空间边缘处工作时，磨损较为严重，故势必会影响机械手的寿命。为了解决UPU支链存在的问题，同时保留Delta机械手的性能优势， Pierrot及其团队提出了两种机械手构型方案：一种称为Par4的机械手。该机械手结构简单，运动灵活,且具有较高的刚度。Adept公司首先购置了Par4的专利，并以其为原型研制出称为Quattro的高速抓放机械手，其实验最高加速度可达20g，实际应用时最高加速度可达12g；另一种称为Heli4机械手。尽管该机械手结构紧凑，运动灵活，但采用丝杠直接承受平台作用的侧向力，故影响使用寿命。
2 国内技术特点
天津大学教授团队在归纳总结双平台可能的相对运动方式以及与支链可能的连接方式的基础上，发明了多种可实现空间三平动一转动的末端平台构型，其中一种在结构上将Heli4动平台中的螺旋副传动改为P副传动，不仅有效消除了原有机构的装配间隙，而且采用过约束和封闭式框架设计，在实现轻量化的基础上保证了机构刚度。目前，在食品、电子、医药等工业自动化生产领域，基于上述各类高速并联机械手开发的成套自动化装备已被广泛用于完成高速搬运、抓放及装箱等操作。
2.1 集成设计理论与方法
提出以空间压力角为约束，以产生单位加速度力矩最小为优化目标的高速并联机器人尺度参数设计方法，并结合以固有频率为优化目标的弹性动力学设计，通过仿真迭代设计，同时保证了系统的运动学、刚体和弹性动力学性能。
利用直接和间接雅可比矩阵的行列式代数特征，定义了两类可定量描述链内和链间力传递特性的空间压力角。与传统运动学性能指标(条件数、奇异值等)相比，其具有几何和物理意义明确、可全面描述机构奇异位形的特点。
针对机械手高速和高加速特性的需求，通过考虑惯性项和速度项对单轴驱动力矩的贡献，定义了两类无量纲动力学性能评价指标，并由此可得出“无论机构处于直接奇异还是间接奇异，力矩性能评价指标均趋于无穷大”的重要结论。
以上述动力学性能指标为目标函数，以两类空间压力角为约束条件，将由外转动副驱动、含平行四边形支链的高速并联机械手的尺度综合问题归纳为一类有约束的多目标优化问题。
2.2 几何精度保障体系
从误差分离入手，建立了通过公差设计和制造工艺先抑制姿态误差、而后利用运动标定补偿位置误差的几何精度保障体系。
2.3 残留振动抑制技术
针对仅依赖控制器整定无法消除残留振动的问题，提出通过离线辨识主模态参数设计整形器，然后对关节指令实施在线整形，进而抑制残留振动的新方法。
3 结论
研究解决高速并联机械手的设计问题，是实现该类机械手高速和高加速运动的重要基础。近年来，国内外学者针对高速并联机械手的设计，围绕其拓扑结构创新、尺度参数设计、精度分析、动态分析、运动控制等方面开展了大量研究工作，但针对机械手的运动特性，下面问题还需进一步解决：一是以往仅针对某一机械手开展设计研究，未建立统一指导该类机械手设计的理论和方法；二是机械手各种数学模型(运动学、刚体动力学、弹性动力学)间尚未建立有效且直观的联系，未形成可同时指导该类机械手跨模型设计的体系和方法；三是缺乏可充分表征该类机械手运动高速和高加速特性的性能评价指标。所以，研究可统一指导该类高速并联机械手跨模型的参数设计方法，探索具有针对性意义的性能评价指标，对于丰富高速并联机械手的设计理论，推动其工程应用，具有重要的理论和实际意义。