并联机器人技术是一种在机器人领域中占据重要地位的机械结构,它的主要特点是通过多个相同类型的运动链连接运动平台和固定平台。这种结构最早可以追溯到1949年V.E. Gough设计的轮胎压力试验机,而D. Stewart在1965年提出的三杆六自由度并联机构则进一步推动了这一领域的研究和发展。并联机器人的应用在多个领域都有所体现,如飞行模拟器、医疗设备、精密加工和虚拟现实操作等。
并联机器人与串联机器人相比,具有独特的优缺点。它们通常具有更高的刚性和稳定性,因为运动平台由多杆支撑。这使得并联机器人在承载能力和精度方面表现出色,尤其是在精密加工和高速运动中。由于电机通常位于固定基座上,它们的惯性较小,从而改善了动力性能。然而,其活动空间相对有限,通常是一个蘑菇形的空间,且末端执行器的运动范围相对较窄。
在运动学分析上,并联机器人的逆解容易求解,而正解则较为复杂,这对实时控制提供了便利。并联机器人在设计和分析时需要考虑这些问题,以确保其高效运行和精确控制。
并联机器人的应用实例包括飞行模拟器,如用于训练飞行员的设备,以及在航天领域的对接机构,例如在飞船对接过程中,它们能实现精确的对准和锁定。在医疗领域,例如德国的HexaSlide机器人,用于手术操作和康复治疗。此外,还有用于虚拟现实操作的并联主操作手,如日本Tsukuba大学和哈尔滨工业大学研发的六自由度并联主手。在工业制造中,特别是在机床领域,传统的串联结构机床被并联机床取代,因为并联机床能够提供更高的结构刚度、更快的响应速度和更精确的加工效果。
并联机床的特点在于其主轴与机座之间的并联结构,没有滑台和导轨,而是通过驱动杆直接带动刀具或工件在空间中移动,由计算机进行复杂的计算来控制加工过程。这种结构简化了硬件,但加大了软件设计的复杂性,使得并联机床成为一种技术含量高、附加价值大的产品。
随着技术的进步和需求的增长,未来并联机器人将在更多领域发挥关键作用,推动机器人技术的创新和发展。其高精度、高速度和高承载能力使其在航空航天、汽车制造、医疗器械和精密加工等行业有着广阔的应用前景。同时,不断优化的运动学算法和控制系统将进一步提升并联机器人的性能,使之成为21世纪先进制造的重要组成部分。