并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新與應(yīng)用研究進(jìn)展分析

趙俊杰

河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院宣鋼分院 河北張家口 075100

1 并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的定義與分類

并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)又稱并聯(lián)機(jī)構(gòu)，是一種由動(dòng)平臺(tái)、定（靜）平臺(tái)以及聯(lián)接兩平臺(tái)的多條分支運(yùn)動(dòng)鏈所組成的空間閉環(huán)機(jī)構(gòu)。一般情況下，并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)等于其分支運(yùn)動(dòng)鏈數(shù)目，但在某些情況下，為提高機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)剛度、承載能力和簡(jiǎn)化主動(dòng)分支運(yùn)動(dòng)鏈的約束條件，在進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)引入恰約束運(yùn)動(dòng)鏈，即增設(shè)一條或多條僅提供約束而不提供驅(qū)動(dòng)的從動(dòng)支鏈，根據(jù)自由度數(shù)的不同進(jìn)行機(jī)器人機(jī)構(gòu)分類是最常見(jiàn)的分類方式。雖然這種方法簡(jiǎn)單直觀，但卻無(wú)法反映出機(jī)構(gòu)具體的運(yùn)動(dòng)輸出特性，尤其是并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。例如，三自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)不僅包含三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)和三自由度移動(dòng)類型，還有兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)和一轉(zhuǎn)動(dòng)兩移動(dòng)等類型。

2 現(xiàn)階段并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀

并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的發(fā)展與并聯(lián)機(jī)器人的發(fā)展息息相關(guān)，所以，在了解并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)之前，要對(duì)并聯(lián)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)有一定的了解。目前，國(guó)內(nèi)并聯(lián)機(jī)器人市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)總體上來(lái)看情況比較樂(lè)觀，國(guó)產(chǎn)并聯(lián)機(jī)器人企業(yè)也越來(lái)越多，銷量也呈上升趨勢(shì)。但是競(jìng)爭(zhēng)也是很激烈的，這種競(jìng)爭(zhēng)存在于國(guó)內(nèi)企業(yè)與國(guó)內(nèi)企業(yè)之間，國(guó)外并聯(lián)機(jī)器人企業(yè)也占據(jù)了國(guó)內(nèi)很大的市場(chǎng)，所以從這個(gè)角度看國(guó)內(nèi)并聯(lián)機(jī)器人市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)并不是很好。但正由于這種競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，國(guó)內(nèi)的并聯(lián)機(jī)器人企業(yè)把眼光放在了服務(wù)與質(zhì)量上，力圖在服務(wù)與質(zhì)量方面脫穎而出。所以說(shuō)國(guó)內(nèi)并聯(lián)市場(chǎng)的發(fā)展形勢(shì)還是比較好的。由此可見(jiàn)，并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)也是比較好的，雖然我國(guó)是從國(guó)外引進(jìn)的技術(shù)，但是，我們勇于創(chuàng)新，使得并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)在國(guó)內(nèi)甚至國(guó)外大受歡迎，并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)呈上升趨勢(shì)。當(dāng)今時(shí)代是快速發(fā)展的時(shí)代，并聯(lián)機(jī)器人要想在社會(huì)上的應(yīng)用日趨廣泛，就要進(jìn)行一定的創(chuàng)新[1]。

3 并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)創(chuàng)新方法發(fā)展現(xiàn)狀

并聯(lián)機(jī)構(gòu)中具有6個(gè)自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)叫做完全并聯(lián)機(jī)構(gòu)，具有1～5個(gè)自由度的機(jī)構(gòu)叫做少自由度機(jī)構(gòu)。相對(duì)而言6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)型比較豐富，少自由度機(jī)構(gòu)有待完善。在許多作業(yè)任務(wù)不需要6自由度的機(jī)構(gòu)，而且少自由度機(jī)構(gòu)制造成本低，控制相對(duì)簡(jiǎn)單，因此對(duì)少自由度機(jī)構(gòu)的研究具有很大的理論和實(shí)際價(jià)值。到目前為止，對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的綜合大致可分為3類：李代數(shù)的綜合理論、運(yùn)動(dòng)綜合理論和約束綜合理論。

3.1 李代數(shù)的綜合理論

Hervé把李代數(shù)的理論用用到機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)中，并且成功地綜合出了3自由度純移動(dòng)機(jī)器人。但這種方法是建立在群代數(shù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在綜合時(shí)不能破壞群的代數(shù)結(jié)構(gòu)。

3.2 運(yùn)動(dòng)綜合理論

運(yùn)用Grübler-Kutzbach準(zhǔn)則，Tsai對(duì)3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)綜合。Karouia和Hervé對(duì)3轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的綜合，楊廷力等人提出了以單開(kāi)鏈支路為結(jié)構(gòu)綜合單元，先構(gòu)造單開(kāi)鏈，然后對(duì)構(gòu)成并聯(lián)機(jī)構(gòu)每個(gè)單開(kāi)鏈所允許的運(yùn)動(dòng)類型求交集，來(lái)決定動(dòng)平臺(tái)的自由度及其類型，從而綜合所期待的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。在綜合過(guò)程中充分考慮了運(yùn)動(dòng)副的效性原理（即用平行四邊形4R機(jī)構(gòu)代替P副，用圓柱副C替代R//P副等），綜合出了29種新型三平移并聯(lián)機(jī)構(gòu)，50種新型三平移－轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)和49中新型三平移兩轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。高峰等運(yùn)用復(fù)合副的概念來(lái)組建已知自由度數(shù)和自由度類型的支鏈，通過(guò)支鏈輸出桿特殊的Plücher坐標(biāo)來(lái)綜合2-5自由度的機(jī)器人。

3.3 約束綜合理論

KongandGosselin提出了基于螺旋理論的3自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的綜合理論。趙鐵石、黃真和李秦川基于運(yùn)動(dòng)螺旋、約束螺旋、反螺旋和螺旋系線性相關(guān)性等概念，提出了一種綜合少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的螺旋法理論。綜合出了31中具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，并在國(guó)際上首次綜合出具有連續(xù)運(yùn)動(dòng)的5自由度對(duì)稱并聯(lián)機(jī)構(gòu)。于靖軍等人也運(yùn)用螺旋理論對(duì)微操作領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛的3自由度純移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了型綜合。

黃真和李秦川在文獻(xiàn)中提到的型綜合方法是在運(yùn)動(dòng)螺旋系的標(biāo)準(zhǔn)基中適當(dāng)增加一些運(yùn)動(dòng)螺旋，以形成不同結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈。這種方法很重要的一點(diǎn)是在分支螺旋系中增加的運(yùn)動(dòng)螺旋必須不改變機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)約束條件[2]。

4 并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)創(chuàng)新的方法

4.1 培養(yǎng)創(chuàng)新型人才

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，這是眾所周知的一句話，科學(xué)技術(shù)的增強(qiáng)標(biāo)志著國(guó)家經(jīng)濟(jì)力量的增強(qiáng)。想要對(duì)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新，首先要有創(chuàng)新性的人才，作為當(dāng)代大學(xué)生的我們也應(yīng)該做有思想的新青年，要有創(chuàng)新意識(shí)。

4.2 提高創(chuàng)新意識(shí)

企業(yè)要讓員工認(rèn)識(shí)到這是一個(gè)什么樣的時(shí)代，需要的是什么樣的人，鼓勵(lì)員工獨(dú)立思考，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)，同時(shí)也要對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn)，使他們有創(chuàng)新意識(shí)，這樣才能夠使并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)有所創(chuàng)新。

4.3 要與時(shí)俱進(jìn)

時(shí)代是發(fā)展著的時(shí)代，并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)作為一個(gè)新興的機(jī)構(gòu)，一個(gè)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的機(jī)構(gòu)，要時(shí)時(shí)刻刻與時(shí)俱進(jìn)，在創(chuàng)新的過(guò)程中要注意與時(shí)代相符合。改革要與時(shí)俱進(jìn)，創(chuàng)新也要與時(shí)俱進(jìn)。也就是說(shuō)，并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新要符合時(shí)代發(fā)展的特征[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

由上述文章可知，并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)在企業(yè)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展越來(lái)越離不開(kāi)并聯(lián)機(jī)器人，換句話說(shuō)，并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)在當(dāng)代企業(yè)中的應(yīng)用日趨廣泛，企業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新發(fā)展，并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的發(fā)展也離不開(kāi)企業(yè)的發(fā)展。因此，并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物，企業(yè)應(yīng)該支持并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新發(fā)展。