机器人与计算机集成制造--一个六自由度可重构的混合并联机器臂.docx资源-CSDN文库

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机器人与计算机集成制造

一个六自由度可重构的混合并联机器臂

摘要

本文提出了一种被称为 ReSI-BOT 的可重构的混合并联机器人的案例研究。为了

可持续制造，它解决了可重构 6 自由度并行机制的领域。它还具有一个自重构的架构。

一个系统分析包括运动学、常数取向工作区,奇点和刚度，详细开发此系统分析。为

了揭示了所研究架构的一些独特的特点，讨论了有趣的功能。加权刚度、灵活性和工

作空间体积是衡量多目标优化过程的性能指标。

关键词：可重构的并联机器臂；混合机器人；并联运动；设计优化；六自由度

1. 简介

在过去六十多年，机器人已经吸引了许多研究者。针对不同的应用程序的串行机

器人，做出了许多努力。最近，并联机器人的领域开始显现出它的优势。并联机构(PMs)

优于串行机构许多，有些典型的特点高载荷/重量比、速度、精度、刚度、低惯性。

在研究文献中，有人提出很多参数[1,2]。在大的平行配置目录中，这些参数可以找

到[3,4]。抛开这一事实，并联机器人的发展一般比一个串联机器人更复杂[3,5]，普

遍接受的缺点，并联机器人具有较小工作空间和较复杂的运动奇异点 [6]。

为了解决制造业的灵活性的需要,研究了可重构并联机器人系统。绝大多数的这

些提议系统具有较低的流动机制。这里有几个例外[7,8]，没有一个是混合设计。因

此，具有柔性和可重构制造机器人相关的艺术研究状况主要限于三至五自由度的并联

机器人。尽管这是事实，发展到目前为止最成功的、成熟的、通用的并联机器人是斯

图尔特平台（SP），此平台本身具有的六自由度[ 9 ]。我们相信，研究的可重构机器

人系统有超过五自由度,混合动力的优势。

本文提出了一种被称为 ReSI-BOT 的混合并联机器人，它有 6 个自由度的可重构

的机械臂。

在文献[10,11]中，提出了相关的先进机械臂的设计。一个主要差异是设计的机

械臂具有固有的重构性质，过去的研究设计不具有可重构性。重构的机械臂设计的优

点是大的，它允许在混合链的第一个关节是半活动重构。在没有人为操作的干预下，

这使得机械性能被动地改变，如工作空间和被动刚度。这为这样一个设计的调查提供

了充足的动机。由于它的特性，设想这样的设计可能成为一个可重构制造工厂的一部

分，作为一个机器人加工中心的一部分。它固有的优势，混合性（较大的工作空间）和

自我重构性（一些变化的属性）可以帮助弥补实验室和工业之间的差距。

2. 现代技术

本节简要概述了目前最先进的与 ReSI-BOT 相关的现代技术。在柔性和可重构

制造业，一些可重构的并联机器人系统已进行了研究。一些可以在这些文献中找

到[12 - 15 7 8]。从本质上讲,这些可重构机器人系统是并联机构,可以调整架构,

以实现不同的运动属性。提出的机器人相关的并联机器臂的运动学和结构的研究

在这些文献[ 16-18 ]中可以找到。在这个文献中[16]中，精度是研究的重点。作

者探讨了并行机器人架构的使用，以推进微系统的自动化。由于微电子传感器领

域的大发展，有许多潜在的应用。此外，有趣的是，在这个文献中[ 18 ]提出的混

合设计的合成。该方法是基于杆组的基本构建块。此外，也有一些有趣的混合设

计的研究。在这些文献中，一些混合型并联机器人已经提出[ 10,6,19,11,20,21 ]。

Merlet[3]将混合结构分为两类。机械臂的行为类似于 Alizade[10]提出的结构是

一个类别和机械臂的行为类似于这个文献中[19]提出的结构作为另一个类别。

并联机器人结构的奇异性分类是设计和功能的重要元素，研究者围绕这一

主题和许多参数[3,22–26]。目前的研究与 Ebert-Uphoff 等人的研究直接相关。

在这个文献[23]中他提出了一类特殊的机器人可以通过分析特征的四面体分析。

同时,并联机器臂的工作空间计算的相关研究可以在这些文献中[27，28]找到。很

多时候,在确定工作区时考虑奇异点分析。

在设计和现有的分析中，并联机器臂的刚度是一个重要测量参数。这是一个

规范的假设，该机制的灵活性是局部的活动关节。然后，笛卡尔刚度将取决于直

接的端部执行器的状态。假定连接是完美的完全刚性和被动关节 [ 29 ]。对于串

行机械臂,这个构想来源于 Salisbury [30]的工作,由 Gosselin 扩展到并联机器

臂[31]。

3. 流动性和几何描述

图 1 显示了 ReSl-Bot，它由三个肢体组成。每个肢体都是相同的，有两个转动

关节，一个移动关节,一个球形关节。它们排列的顺序标准（转动–转动–棱柱–球

形）在第一转动副和移动关节的驱动。重要地是设计采用了齿轮传动系统，使机器人

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