寧波材料所四自由度并聯(lián)機(jī)器人研究取得進(jìn)展

　　并聯(lián)機(jī)器人具有剛度高、速度快、柔性強(qiáng)、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，與串聯(lián)機(jī)器人一起構(gòu)成工業(yè)機(jī)器人的重要部分。近幾年，隨著并聯(lián)機(jī)器人在食品、醫(yī)藥、電子等輕工業(yè)中的廣泛應(yīng)用以及在物料搬運(yùn)、包裝、分揀等方面無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，已成為工業(yè)機(jī)器人需求增長(zhǎng)的新生力量。

　　中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所先進(jìn)制造技術(shù)研究所精密運(yùn)動(dòng)與先進(jìn)機(jī)器人團(tuán)隊(duì)最新設(shè)計(jì)的四自由度并聯(lián)機(jī)器人，可以實(shí)現(xiàn)3T1R四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，是少自由度并聯(lián)機(jī)器人的創(chuàng)新設(shè)計(jì)之一，其主要特點(diǎn)為2條相同支鏈通過(guò)被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接到動(dòng)平臺(tái)上，且每條支鏈有2個(gè)相同分支通過(guò)安裝在基座上的移動(dòng)副作為驅(qū)動(dòng)。為進(jìn)一步分析機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，采用螺旋理論驗(yàn)證了該機(jī)構(gòu)自由度的數(shù)目及機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，得到了其位置的封閉解，根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和構(gòu)型特點(diǎn)，該機(jī)構(gòu)位置正解的封閉解最多有8組解，位置反解最多有4組解，結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)學(xué)分析簡(jiǎn)單是此并聯(lián)機(jī)器人的特點(diǎn)之一。此外，具有構(gòu)型對(duì)稱、工作空間大、速度快且定位精度高的特點(diǎn)。相比于傳統(tǒng)的并聯(lián)機(jī)器人而言，它能夠?qū)崿F(xiàn)XYZ三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)與一個(gè)繞Z軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，且在驅(qū)動(dòng)方向工作空間可依作業(yè)需求擴(kuò)展，增大了工作空間的范圍。

　　該并聯(lián)機(jī)器人樣機(jī)的每個(gè)支鏈采用了一定子兩動(dòng)子的高精度直線電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且電機(jī)定位精度達(dá)到微米級(jí)，此外，通過(guò)高強(qiáng)度的碳纖維復(fù)合材料作為支鏈的主要材料，有效降低了移動(dòng)件的重量；控制系統(tǒng)采用了ABB的驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)PowerLink總線進(jìn)行同步控制；通過(guò)基于運(yùn)動(dòng)學(xué)的離線軌跡規(guī)劃算法，該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)目前該樣機(jī)可達(dá)到XYZ三個(gè)方向的平動(dòng)及繞Z軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)范圍分別是0.3m、1.2m和0.2m，其最大運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了1.6m/s，末端定位精度約為1mm，繞Z軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)可以達(dá)到±120°，能夠廣泛應(yīng)用于柔性化工廠的包裝、分揀等工序，具有很好的應(yīng)用前景。

四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)圖

并聯(lián)機(jī)器人工作空間

四自由度并聯(lián)機(jī)器人樣機(jī)