并聯機器人機構的創新與應用研究進展分析

趙俊杰

河北工業職業技術學院宣鋼分院 河北張家口 075100

1 并聯機器人機構的定義與分類

并聯機器人機構又稱并聯機構，是一種由動平臺、定（靜）平臺以及聯接兩平臺的多條分支運動鏈所組成的空間閉環機構。一般情況下，并聯機器人機構的自由度數等于其分支運動鏈數目，但在某些情況下，為提高機構的系統剛度、承載能力和簡化主動分支運動鏈的約束條件，在進行機構設計時會引入恰約束運動鏈，即增設一條或多條僅提供約束而不提供驅動的從動支鏈，根據自由度數的不同進行機器人機構分類是最常見的分類方式。雖然這種方法簡單直觀，但卻無法反映出機構具體的運動輸出特性，尤其是并聯機器人機構。例如，三自由度并聯機器人機構不僅包含三自由度轉動和三自由度移動類型，還有兩轉動一移動和一轉動兩移動等類型。

2 現階段并聯機器人機構的發展現狀

并聯機器人機構的發展與并聯機器人的發展息息相關，所以，在了解并聯機器人機構的發展趨勢之前，要對并聯機器人的發展趨勢有一定的了解。目前，國內并聯機器人市場的發展趨勢總體上來看情況比較樂觀，國產并聯機器人企業也越來越多，銷量也呈上升趨勢。但是競爭也是很激烈的，這種競爭存在于國內企業與國內企業之間，國外并聯機器人企業也占據了國內很大的市場，所以從這個角度看國內并聯機器人市場的發展趨勢并不是很好。但正由于這種競爭關系，國內的并聯機器人企業把眼光放在了服務與質量上，力圖在服務與質量方面脫穎而出。所以說國內并聯市場的發展形勢還是比較好的。由此可見，并聯機器人機構的發展趨勢也是比較好的，雖然我國是從國外引進的技術，但是，我們勇于創新，使得并聯機器人機構在國內甚至國外大受歡迎，并聯機器人機構的發展趨勢呈上升趨勢。當今時代是快速發展的時代，并聯機器人要想在社會上的應用日趨廣泛，就要進行一定的創新[1]。

3 并聯機器人機構創新方法發展現狀

并聯機構中具有6個自由度的并聯機構叫做完全并聯機構，具有1～5個自由度的機構叫做少自由度機構。相對而言6自由度并聯機構的機型比較豐富，少自由度機構有待完善。在許多作業任務不需要6自由度的機構，而且少自由度機構制造成本低，控制相對簡單，因此對少自由度機構的研究具有很大的理論和實際價值。到目前為止，對并聯機構的綜合大致可分為3類：李代數的綜合理論、運動綜合理論和約束綜合理論。

3.1 李代數的綜合理論

Hervé把李代數的理論用用到機構的結構分析和設計中，并且成功地綜合出了3自由度純移動機器人。但這種方法是建立在群代數結構的基礎上，在綜合時不能破壞群的代數結構。

3.2 運動綜合理論

運用Grübler-Kutzbach準則，Tsai對3自由度并聯機構進行數綜合。Karouia和Hervé對3轉動并聯機構的綜合，楊廷力等人提出了以單開鏈支路為結構綜合單元，先構造單開鏈，然后對構成并聯機構每個單開鏈所允許的運動類型求交集，來決定動平臺的自由度及其類型，從而綜合所期待的并聯機構。在綜合過程中充分考慮了運動副的效性原理（即用平行四邊形4R機構代替P副，用圓柱副C替代R//P副等），綜合出了29種新型三平移并聯機構，50種新型三平移－轉動并聯機構和49中新型三平移兩轉動并聯機構。高峰等運用復合副的概念來組建已知自由度數和自由度類型的支鏈，通過支鏈輸出桿特殊的Plücher坐標來綜合2-5自由度的機器人。

3.3 約束綜合理論

KongandGosselin提出了基于螺旋理論的3自由度球面并聯機構的綜合理論。趙鐵石、黃真和李秦川基于運動螺旋、約束螺旋、反螺旋和螺旋系線性相關性等概念，提出了一種綜合少自由度并聯機構的螺旋法理論。綜合出了31中具有對稱結構的少自由度并聯機構，并在國際上首次綜合出具有連續運動的5自由度對稱并聯機構。于靖軍等人也運用螺旋理論對微操作領域中應用廣泛的3自由度純移動并聯機構進行了型綜合。

黃真和李秦川在文獻中提到的型綜合方法是在運動螺旋系的標準基中適當增加一些運動螺旋，以形成不同結構的運動鏈。這種方法很重要的一點是在分支螺旋系中增加的運動螺旋必須不改變機構結構約束條件[2]。

4 并聯機器人機構創新的方法

4.1 培養創新型人才

科學技術是第一生產力，這是眾所周知的一句話，科學技術的增強標志著國家經濟力量的增強。想要對并聯機器人機構進行創新，首先要有創新性的人才，作為當代大學生的我們也應該做有思想的新青年，要有創新意識。

4.2 提高創新意識

企業要讓員工認識到這是一個什么樣的時代，需要的是什么樣的人，鼓勵員工獨立思考，培養他們的創新意識，同時也要對相關人員進行培訓，使他們有創新意識，這樣才能夠使并聯機器人機構有所創新。

4.3 要與時俱進

時代是發展著的時代，并聯機器人機構作為一個新興的機構，一個順應時代發展的機構，要時時刻刻與時俱進，在創新的過程中要注意與時代相符合。改革要與時俱進，創新也要與時俱進。也就是說，并聯機器人機構的創新要符合時代發展的特征[3]。

5 結語

由上述文章可知，并聯機器人機構在企業上的應用越來越廣泛，企業的生產發展越來越離不開并聯機器人，換句話說，并聯機器人機構在當代企業中的應用日趨廣泛，企業的發展離不開并聯機器人機構的創新發展，并聯機器人機構的發展也離不開企業的發展。因此，并聯機器人機構的創新是順應時代發展的產物，企業應該支持并聯機器人機構的創新發展。