并聯(lián)機器人 又名：ParallelMechanism

　　并聯(lián)機器人的特點呈現(xiàn)為無累積誤差，精度較高；驅(qū)動裝置可置于定平臺上或接近定平臺的位置，這樣運動部分重量輕，速度高，動態(tài)響應(yīng)好。

定義

　　并聯(lián)機構(gòu)（Parallel Mechanism，簡稱PM），可以定義為動平臺和定平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接，機構(gòu)具有兩個或兩個以上自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動的一種閉環(huán)機構(gòu)。

特點

　　并聯(lián)機器人和傳統(tǒng)工業(yè)用串聯(lián)機器人在哲學(xué)上呈對立統(tǒng)一的關(guān)系，和串聯(lián)機器人相比較，并聯(lián)機器人具有以下特點：

　?。?）無累積誤差，精度較高；

　　（2）驅(qū)動裝置可置于定平臺上或接近定平臺的位置，這樣運動部分重量輕，速度高，動態(tài)響應(yīng)好；

　?。?）結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高，承載能力大；

　　（4）完全對稱的并聯(lián)機構(gòu)具有較好的各向同性；

　?。?）工作空間較小；

　　根據(jù)這些特點，并聯(lián)機器人在需要高剛度、高精度或者大載荷而無須很大工作空間的領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。

區(qū)別

　　并聯(lián)機器人和串聯(lián)機器人區(qū)別

　　1、結(jié)構(gòu)上的差異

　　并聯(lián)機器人可以定義為動平臺和定平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接，機構(gòu)具有兩個或兩個以上自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動的一種閉環(huán)機構(gòu)。這種設(shè)計使得并聯(lián)機器人具備優(yōu)異的剛性和穩(wěn)定性，適用于需要高精度和高負(fù)載能力的任務(wù)。

　　串聯(lián)機器人是一種由多個關(guān)節(jié)串聯(lián)形成的機器人，這些關(guān)節(jié)依次連接起來，前一關(guān)節(jié)的運動會影響到后面的關(guān)節(jié)。串聯(lián)機器人通常具備較大的工作空間和較高的自由度，適用于較復(fù)雜和靈活的任務(wù)。串聯(lián)機器人在執(zhí)行任務(wù)時，由于關(guān)節(jié)間的耦合，可能會出現(xiàn)較大的非線性誤差，因此對于一些要求高精度和穩(wěn)定性的應(yīng)用來說，其性能可能相對較差。

　　2、運動控制和編程方式的差異。

　　并聯(lián)機器人通常采用集中式控制方法，即通過中央控制器控制所有關(guān)節(jié)的運動。這種方式使得并聯(lián)機器人的運動協(xié)調(diào)一致、同步性較高。

　　串聯(lián)機器人通常采用分布式控制方法，即每個關(guān)節(jié)有各自的控制器，根據(jù)任務(wù)需求獨立控制自身運動。這種方式使得串聯(lián)機器人具有較大的靈活性和可編程性。

　　3、適應(yīng)不同工作環(huán)境差異。

　　并聯(lián)機器人常用于狹小空間或需要與人類共同工作的場景，其結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈活，并且可以通過傳感器實現(xiàn)與人類的協(xié)作。并聯(lián)機器人常用于組裝、焊接、噴涂等工序中，對產(chǎn)品質(zhì)量要求較高的領(lǐng)域。它們通常使用精密傳感器和控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高度的精準(zhǔn)度和重復(fù)性。

　　串聯(lián)機器人由于其較大的自由度和工作空間，通常更適用于處理大型物體或需要較高機械柔性的任務(wù)。串聯(lián)機器人常被運用于裝配、包裝、倉儲等需求較為靈活的工作環(huán)境中。

人物事件

　　1978年，Hunt首次提出把六自由度并聯(lián)機構(gòu)作為機器人操作器，由此拉開并聯(lián)機器人研究的序幕，但在隨后的近10年里，并聯(lián)機器人研究似乎停滯不前。直到80年代末90年代初，并聯(lián)機器人才引起了廣泛注意，成為國際研究的熱點。

　　在國內(nèi)，燕山大學(xué)教授黃真教授在1991年研制出我國第一臺六自由度并聯(lián)機器人樣機(圖1-5)，在1994年研制出一臺柔性鉸鏈并聯(lián)式六自由度機器人誤差補償器，在1997年出版了我國第一部關(guān)于并聯(lián)機器人理論及技術(shù)的專著，2006年又出版了《高等空間機構(gòu)學(xué)》。

　　黃真，男，漢族，1936年2月出生，江蘇宜興人，教授，1959年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)機械工藝專業(yè)，現(xiàn)任燕山大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。

　　他是我國最早的一位從事并聯(lián)機器人研究的學(xué)者，也是該領(lǐng)域的最著名的學(xué)者。他多次參加國際學(xué)術(shù)活動，在國際上已有較大的影響，特別是在2004年舉行有44個國家500多名學(xué)者參加的國際機器和機構(gòu)學(xué)學(xué)會國際學(xué)術(shù)年會第11屆大會上，他為6個中心發(fā)言人之一。

　　他主要從事機器人學(xué)、和并聯(lián)機器人機械學(xué)等方面的研究工作。多年來，先后承擔(dān)國家自然科學(xué)基金項目9項，國家863項目3項，國家科技攻關(guān)等項目共計20余項。已在國內(nèi)外發(fā)表論文280余篇，其中國際著名雜志《MechanismandMachineTheory》、《InternationalJournalofRoboticsResearch》，《JournalofRoboticSystems》，《ASMEJournalofMechanicalDesign》發(fā)表30余篇；ASME、IEEE等國際會議發(fā)表論文50余篇；《中國科學(xué)》及國內(nèi)一級學(xué)術(shù)雜志《機械工程學(xué)報》、《中國機械工程》、等發(fā)表論文40余篇。其中129篇次被三大索引（SCI－33、EI－88和ISTP－8）收錄，他引總共369次。出版專著《空間機構(gòu)學(xué)》（1991年）和《并聯(lián)機器人機構(gòu)學(xué)理論及控制》（1997年），后者被審定為“全國高技術(shù)重點圖書”。今年他的專著《高等空間機構(gòu)學(xué)》又被教育部審定為全國研究生指定教材，已于2006年6月出版。

　　他的研究成果已獲國家教育部科自然科學(xué)1等獎2項，河北省科技進步1等獎2項等科技獎勵共計16項。目前，作為課題主要負(fù)責(zé)人主持國家自然科學(xué)基金等項目2項及河北省高層次特別優(yōu)秀人才支持計劃。

　　黃真教授治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、知識淵博、誨人不倦，直到現(xiàn)在的近70歲的高齡仍舊奮戰(zhàn)在科學(xué)研究的第一線。黃真教授在工作中他多次受到黨和政府的表彰，多次被評為省管優(yōu)秀專家。并多次獲秦皇島市勞動模范、河北省勞動模范和原機械工業(yè)部勞動模范等光榮稱號。

并聯(lián)機構(gòu)

　　提出、特點及應(yīng)用

　　1965年，德國Stewart發(fā)明了六自由度并聯(lián)機構(gòu)，并作為飛行模擬器用于訓(xùn)練飛行員。1978年澳大利亞著名機構(gòu)學(xué)教授Hunt提出將并聯(lián)機構(gòu)用于機器人手臂。

　　并聯(lián)機構(gòu)的特點：

　　（1）與串聯(lián)機構(gòu)相比剛度大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；

　　（2）承載能力大；

　?。?）微動精度高；

　　（4）運動負(fù)荷??；

　　（5）在位置求解上，串聯(lián)機構(gòu)正解容易，但反解十分困難，而并聯(lián)機構(gòu)正解困難反解卻非常容易。

　　由于機器人在線實時計算是要計算反解的，這對串聯(lián)式十分不利，而并聯(lián)式卻容易實現(xiàn)。

　　分類

　　從運動形式來看，并聯(lián)機構(gòu)可分為平面機構(gòu)和空間機構(gòu)；細(xì)分可分為平面移動機構(gòu)、平面移動轉(zhuǎn)動機構(gòu)、空間純移動機構(gòu)、空間純轉(zhuǎn)動機構(gòu)和空間混合運動機構(gòu)，

　　另可按并聯(lián)機構(gòu)的自由度數(shù)分類：

　?。?）2自由度并聯(lián)機構(gòu)。

　　2自由度并聯(lián)機構(gòu)，如5-R、3-R-2-P（R表示轉(zhuǎn)動副，P表示移動副）平面5桿機構(gòu)是最典型的2自由度并聯(lián)機構(gòu)，這類機構(gòu)一般具有2個移動運動。

　?。?）3自由度并聯(lián)機構(gòu)。

　　3自由度并聯(lián)機構(gòu)各類較多，形式較復(fù)雜，一般有以下形式：平面3自由度并聯(lián)機構(gòu)，如3-RRR機構(gòu)、3-RPR機構(gòu)，它們具有2個移動和一個轉(zhuǎn)動；球面3自由度并聯(lián)機構(gòu)，如3-RRR球面機構(gòu)、3-UPS-1-S球面機構(gòu)，3-RRR球面機構(gòu)所有運動副的軸線匯交空間一點，這點稱為機構(gòu)的中心，而3-UPS-1-S球面機構(gòu)則以S的中心點為機構(gòu)的中心，機構(gòu)上的所有點的運動都是繞該點的轉(zhuǎn)動運動；3維純移動機構(gòu)，如StarLike并聯(lián)機構(gòu)、Tsai并聯(lián)機構(gòu)和DELTA機構(gòu)，該類機構(gòu)的運動學(xué)正反解都很簡單，是一種應(yīng)用很廣泛的3維移動空間機構(gòu)；空間3自由度并聯(lián)機構(gòu)，如典型的3-RPS機構(gòu)，這類機構(gòu)屬于欠秩機構(gòu)，在工作空間內(nèi)不同的點其運動形式不同是其最顯著的特點，由于這種特殊的運動特性，阻礙了該類機構(gòu)在實際中的廣泛應(yīng)用；還有一類是增加輔助桿件和運動副的空間機構(gòu)，如德國漢諾威大學(xué)研制的并聯(lián)機床采用的3-UPS-1-PU球坐標(biāo)式3自由度并聯(lián)機構(gòu)，由于輔助桿件和運動副的制約，使得該機構(gòu)的運動平臺具有1個移動和2個轉(zhuǎn)動的運動（也可以說是3個移動運動）。

　　（3）4自由度并聯(lián)機構(gòu)。

　　4自由度并聯(lián)機構(gòu)大多不是完全并聯(lián)機構(gòu)，如2-UPS-1-RRRR機構(gòu)，運動平臺通過3個支鏈與定平臺相連，有2個運動鏈?zhǔn)窍嗤?，各具?個虎克鉸U，1個移動副P，其中P和1個R是驅(qū)動副，因此這種機構(gòu)不是完全并聯(lián)機構(gòu)。

　?。?）5自由度并聯(lián)機構(gòu)。

　　現(xiàn)有的5自由度并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如韓國Lee的5自由度并聯(lián)機構(gòu)具有雙層結(jié)構(gòu)（2個并聯(lián)機構(gòu)的結(jié)合）。

　?。?）6自由度并聯(lián)機構(gòu)。

　　6自由度并聯(lián)機構(gòu)是并聯(lián)機器人機構(gòu)中的一大類，是國內(nèi)外學(xué)者研究得最多的并聯(lián)機構(gòu)，廣泛應(yīng)用在飛行模擬器、6維力與力矩傳感器和并聯(lián)機床等領(lǐng)域。但這類機構(gòu)有很多關(guān)鍵性技術(shù)沒有或沒有完全得到解決，比如其運動學(xué)正解、動力學(xué)模型的建立以及并聯(lián)機床的精度標(biāo)定等。從完全并聯(lián)的角度出發(fā)，這類機構(gòu)必須具有6個運動鏈。但現(xiàn)有的并聯(lián)機構(gòu)中，也有擁有3個運動鏈的6自由度并聯(lián)機構(gòu)，如3-PRPS和3-URS等機構(gòu)，還有在3個分支的每個分支上附加1個5桿機構(gòu)作這驅(qū)動機構(gòu)的6自由度并聯(lián)機構(gòu)等。

發(fā)展方向

　　并聯(lián)機器人的發(fā)展方向可以從以下幾個方面進行歸納：

功能增強與性能提升：

　　并聯(lián)機器人將繼續(xù)在現(xiàn)有功能基礎(chǔ)上進行增強，以滿足用戶對功能和性能越來越高的需求。這包括但不限于提高運動精度、載荷能力、運動速度以及穩(wěn)定性。

　　例如，在制造業(yè)中，隨著產(chǎn)品形狀和工藝的復(fù)雜性增加，對并聯(lián)機器人的精度和靈敏度要求也在提高。因此，未來的并聯(lián)機器人將更加注重在這些方面的性能提升。

智能化與自主化：

　　未來的并聯(lián)機器人將趨向于更加智能化，具備更強的自主學(xué)習(xí)能力、自主決策能力以及與其他機器人之間的交流合作能力。

　　通過集成先進的人工智能算法和機器學(xué)習(xí)技術(shù)，并聯(lián)機器人將能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的工作環(huán)境，并自主完成更多任務(wù)。

多場景應(yīng)用拓展：

　　目前，并聯(lián)機器人在工業(yè)、醫(yī)療、航空航天等領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用。未來，它們將進一步拓展到更多場景，如農(nóng)業(yè)、建筑、環(huán)境監(jiān)測等。

　　例如，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，并聯(lián)機器人可以用于自動種植、環(huán)境監(jiān)測等任務(wù)；在建筑領(lǐng)域，它們可以協(xié)助進行地形測繪、建筑設(shè)計和施工等工作。

模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化：

　　為了便于生產(chǎn)和維護，未來的并聯(lián)機器人可能會趨向于模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。這將使得機器人的組裝、調(diào)試和維修變得更加簡單和高效。

　　同時，模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化也有助于降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力。

協(xié)同作業(yè)與集成化：

　　隨著技術(shù)的發(fā)展，未來的并聯(lián)機器人將更加注重與其他機器人或自動化系統(tǒng)的協(xié)同作業(yè)能力。通過集成多種傳感器和執(zhí)行器，實現(xiàn)更高效的自動化生產(chǎn)流程。

　　此外，并聯(lián)機器人還可能與云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷和預(yù)測性維護等功能。

　　綜上所述，并聯(lián)機器人的發(fā)展方向包括功能增強與性能提升、智能化與自主化、多場景應(yīng)用拓展、模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化以及協(xié)同作業(yè)與集成化等方面。這些發(fā)展方向?qū)⒂兄诓⒙?lián)機器人在未來更好地滿足不同領(lǐng)域的需求，并推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

和串聯(lián)機器人區(qū)別

　　并聯(lián)機器人和串聯(lián)機器人在多個方面存在顯著的區(qū)別，這些區(qū)別主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)、特點、應(yīng)用場合以及運動控制和編程方式上。以下是對這些區(qū)別的詳細(xì)分析：

一、結(jié)構(gòu)區(qū)別

　　串聯(lián)機器人：是一種開式運動鏈機器人，由一系列連桿通過轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)或移動關(guān)節(jié)串聯(lián)形成。這種結(jié)構(gòu)使得串聯(lián)機器人具有較大的工作空間和較高的自由度，適用于需要較大范圍和靈活性的任務(wù)。

　　并聯(lián)機器人：由動平臺和定平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接，機構(gòu)具有兩個或兩個以上的自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動的一種閉環(huán)機構(gòu)。并聯(lián)機器人的結(jié)構(gòu)緊湊，工作空間相對集中，通常在基座周圍。

二、特點區(qū)別

　　串聯(lián)機器人：

　　需要減速器，驅(qū)動功率不同，電機型號不一。

　　電機位于運動構(gòu)建，慣量大。

　　正解計算（即根據(jù)關(guān)節(jié)角度計算末端執(zhí)行器位置）相對簡單，但逆解計算（即根據(jù)末端執(zhí)行器位置反推關(guān)節(jié)角度）復(fù)雜。

　　并聯(lián)機器人：

　　無需減速器，成本相對較低。

　　所有的驅(qū)動功率相同，易于產(chǎn)品化。

　　電機位于機架，慣量小。

　　逆解計算簡單，易于實時控制。

三、應(yīng)用場合區(qū)別

　　串聯(lián)機器人：由于其較大的工作空間和較高的自由度，串聯(lián)機器人廣泛應(yīng)用于各種機床、裝配車間等領(lǐng)域，適用于處理大型物體或需要較高機械柔性的任務(wù)。

　　并聯(lián)機器人：主要用于精密緊湊的應(yīng)用場合，如精密裝配、檢測、包裝、分揀等。并聯(lián)機器人在速度、重復(fù)定位精度和動態(tài)性能等方面具有顯著優(yōu)勢，適用于對精度和穩(wěn)定性要求較高的任務(wù)。

四、運動控制和編程方式區(qū)別

　　串聯(lián)機器人：通常采用分布式控制方法，即每個關(guān)節(jié)有各自的控制器，根據(jù)任務(wù)需求獨立控制自身運動。這種方式使得串聯(lián)機器人具有較大的靈活性和可編程性。

　　并聯(lián)機器人：通常采用集中式控制方法，即通過中央控制器控制所有關(guān)節(jié)的運動。這種方式使得并聯(lián)機器人的運動協(xié)調(diào)一致、同步性較高。

五、其他區(qū)別

　　承載能力：并聯(lián)機器人由于結(jié)構(gòu)剛性較強，通常具有較高的承載能力；而串聯(lián)機器人在承受較大負(fù)載時，可能會因為關(guān)節(jié)間的柔性連接而導(dǎo)致精度下降。

　　工作空間：串聯(lián)機器人的工作空間相對較大，但并聯(lián)機器人的工作空間雖然有限（通常為球形或圓柱形），但在其工作范圍內(nèi)具有較高的精度和穩(wěn)定性。

　　綜上所述，并聯(lián)機器人和串聯(lián)機器人在結(jié)構(gòu)、特點、應(yīng)用場合、運動控制和編程方式等方面存在明顯的區(qū)別。選擇合適的機器人類型取決于具體的應(yīng)用需求和性能要求。