由《機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用》雜志社、機(jī)器人大講堂、蕪湖瑞思機(jī)器人有限公司及國(guó)內(nèi)知名并聯(lián)機(jī)器人企業(yè)共同發(fā)起的“并聯(lián)機(jī)器人宣傳周”活動(dòng)今天正式拉開帷幕。該活動(dòng)以將于12月13日舉行的“中國(guó)首屆并聯(lián)機(jī)器人發(fā)展論壇”為契機(jī)，旨在普及并聯(lián)機(jī)器人知識(shí)，開拓并聯(lián)機(jī)器人應(yīng)用市場(chǎng)，促進(jìn)區(qū)域乃至全國(guó)并聯(lián)構(gòu)型產(chǎn)業(yè)的溝通和交流，推進(jìn)并聯(lián)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展，共享并聯(lián)機(jī)器人的“饕餮盛宴”。下面，讓我們首先了解下活動(dòng)的主角即“并聯(lián)機(jī)器人”。

并聯(lián)機(jī)器人在上世紀(jì)90年代才真正引起廣泛注意，具有剛度高、速度快、柔性強(qiáng)、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，與串聯(lián)機(jī)器人一起構(gòu)成工業(yè)機(jī)器人的重要部分。在食品、醫(yī)藥、電子等輕工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛，在物料的搬運(yùn)、包裝、分揀等方面有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)。近兩年，隨著并聯(lián)機(jī)器人在市場(chǎng)中的應(yīng)用日益從廣泛，已成為工業(yè)機(jī)器人需求增長(zhǎng)的新生力量。

1發(fā)展歷程

國(guó)外

1931年，Gwinnett在其專利中提出了一種基于球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的娛樂裝置；

1940年，Pollard在其專利中提出了一種空間工業(yè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，用于汽車的噴漆；

1962年，Gough發(fā)明了一種基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的六自由度輪胎檢測(cè)裝置；

1965年，Stewart首次對(duì)Gough發(fā)明的這種機(jī)構(gòu)進(jìn)行了機(jī)構(gòu)學(xué)意義上的研究，并將其推廣應(yīng)用為飛行模擬器的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生裝置，這種機(jī)構(gòu)也是目前應(yīng)用最廣的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，被稱為Gough-Stewart機(jī)構(gòu)或Stewart機(jī)構(gòu)。

1978年，Mccallino等人首次設(shè)計(jì)出了在小型計(jì)算機(jī)控制下，在精密裝置中完成校準(zhǔn)任務(wù)的并聯(lián)機(jī)器人，真正拉開了并聯(lián)機(jī)器人研究的序幕。

80年代末期到90年代以來，并聯(lián)機(jī)器人才引起廣泛注意。

國(guó)內(nèi)

1991年，燕山大學(xué)黃真教授在研制出我國(guó)第一臺(tái)六自由度并聯(lián)機(jī)器人樣機(jī)；

1997年，清華大學(xué)和天津大學(xué)合作研制的大型鏜床類并聯(lián)樣機(jī)VAMTIY；

1998年，東北大學(xué)研制了五軸聯(lián)動(dòng)三桿并聯(lián)機(jī)床DSX5-70。

1999年，天津大學(xué)和天津第一機(jī)床總廠合作研制了三坐標(biāo)并聯(lián)機(jī)床商品化樣機(jī)LINAPOD，哈爾濱工業(yè)大學(xué)也研制了一臺(tái)六自由度并聯(lián)機(jī)床樣機(jī)。

1999年，高峰等提出了一種正交式的六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，并將其用作虛軸機(jī)床。

我國(guó)對(duì)并聯(lián)機(jī)器人的研究起步較晚，技術(shù)與國(guó)外相比還存在著差距。在并聯(lián)機(jī)器人不過，經(jīng)過近幾年的發(fā)展，國(guó)產(chǎn)并聯(lián)機(jī)器人應(yīng)用水平日益提高，逐漸受到企業(yè)的認(rèn)可與使用。

2并聯(lián)機(jī)器人特點(diǎn)

并聯(lián)機(jī)構(gòu)（ParallelMechanism，簡(jiǎn)稱PM），可以定義為動(dòng)平臺(tái)和靜平臺(tái)（定平臺(tái)）通過至少兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈相連接，機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)的一種閉環(huán)機(jī)構(gòu)。其特點(diǎn)有：

結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高，承載能力大；

無累計(jì)誤差，精度高；

占用空間?。?/p>

速度快，運(yùn)動(dòng)性能佳，

部件磨損小，壽命長(zhǎng)

3并聯(lián)構(gòu)型分類

在并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)體系中，有多種機(jī)構(gòu)種類的劃分，按照自由度劃分，分為：

（1）2自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)

在并聯(lián)機(jī)構(gòu)領(lǐng)域，2自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度最少，分為平面結(jié)構(gòu)和球面結(jié)構(gòu)兩大類，主要適用于平面或球面定位，應(yīng)用領(lǐng)域大。

天津大學(xué)擁有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)Diamond機(jī)器人目前已規(guī)?；瘧?yīng)用在電子、醫(yī)藥、食品等工業(yè)領(lǐng)域中，為包裝、移載等物流環(huán)節(jié)提供了高效、高質(zhì)的保障。

（2）3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)

3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)種類較多，形式較復(fù)雜，一般有以下形式：平面3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如3-RRR機(jī)構(gòu)，它們具有2個(gè)移動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)；球面3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如3-UPS-1-S球面機(jī)構(gòu)，該類機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正反解都很簡(jiǎn)單，是一種應(yīng)用很廣泛的3維移動(dòng)空間機(jī)構(gòu)；空間3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如Delta并聯(lián)機(jī)器人，這類機(jī)構(gòu)屬于欠秩機(jī)構(gòu)，在工作空間內(nèi)不同的點(diǎn)其運(yùn)動(dòng)形式不同是其最顯著的特點(diǎn)。還有一類是增加輔助桿件和運(yùn)動(dòng)副的空間機(jī)構(gòu)。

（3）4自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)

4自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)大多不是完全并聯(lián)機(jī)構(gòu)，不過可以擴(kuò)大應(yīng)用范圍，在三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，形成四自由度并聯(lián)機(jī)器人。

（4）5自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)

國(guó)際上一直認(rèn)為不存在全對(duì)稱五自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。不過，非對(duì)稱五自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)比較容易綜合。Lee和Park在1999年提出一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的雙層五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)；Jin等在2001年綜合出具有三個(gè)移動(dòng)自由度和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的非對(duì)稱五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)；高峰等在2002年通過給六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)添加一個(gè)五自由度約束分支的方法，綜合出兩種五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

（5）6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)

6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中的一大類，是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究得最多的并聯(lián)機(jī)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(jī)床等領(lǐng)域。但這類機(jī)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(yùn)動(dòng)學(xué)正解、動(dòng)力學(xué)模型的建立以及并聯(lián)機(jī)床的精度標(biāo)定等。

4應(yīng)用領(lǐng)域

并聯(lián)機(jī)構(gòu)多用于需要高剛度、高精度、高速度，無需大空間的場(chǎng)合，具體應(yīng)用包括：

1.食品、醫(yī)藥、電子、化工行業(yè)的分揀、搬運(yùn)、裝箱等。

并聯(lián)機(jī)器人在化工行業(yè)應(yīng)用

2、模擬運(yùn)動(dòng)

如飛行員三維空間訓(xùn)練模擬器；工程模擬器，如船用搖擺臺(tái)等；檢測(cè)產(chǎn)品在模擬的反復(fù)沖擊、振動(dòng)下的運(yùn)行可靠性；娛樂運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)。

3、并聯(lián)機(jī)床

并聯(lián)機(jī)床

4、對(duì)接動(dòng)作

航天器對(duì)接口

如宇宙飛船的空間對(duì)接；汽車裝配線上的車輪安裝；醫(yī)院中的假肢接骨。

5、承載運(yùn)動(dòng)

如大扭矩螺栓緊固；短距離重物搬運(yùn)。

6、金屬切削加工

可應(yīng)用于各類銑床、磨床鉆床或點(diǎn)焊機(jī)、切割機(jī)。

7、可用于測(cè)量機(jī)，用來作為其他機(jī)構(gòu)的誤差補(bǔ)償器

8、微操作機(jī)器人

用于微動(dòng)機(jī)構(gòu)或者微型機(jī)構(gòu)

9、機(jī)器人關(guān)節(jié)

可用作機(jī)器人的關(guān)節(jié)，爬行機(jī)構(gòu)、食品、醫(yī)藥包裝和移載機(jī)械手等

5發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析

我國(guó)對(duì)并聯(lián)機(jī)器人研究起步較晚，技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用水品與國(guó)外同類產(chǎn)品相比還有較大的差距。國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)基本上由發(fā)那科、愛德普、ABB等企業(yè)占據(jù)。

不過，近幾年，國(guó)產(chǎn)并聯(lián)機(jī)器人產(chǎn)學(xué)研結(jié)合日益密切，并聯(lián)機(jī)器人應(yīng)用市場(chǎng)不再由國(guó)外完全包攬。尤其是隨著2012年國(guó)外專利解禁，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)涌現(xiàn)出了一大批并聯(lián)機(jī)器人企業(yè)，銷售市場(chǎng)呈現(xiàn)出了良好發(fā)展局面。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年國(guó)內(nèi)并聯(lián)機(jī)器人市場(chǎng)銷售約600臺(tái)，2015年銷售約900臺(tái)，2016年市場(chǎng)預(yù)測(cè)在1400臺(tái)左右，每年呈50%以上的增速發(fā)展，5年內(nèi)并聯(lián)機(jī)器人年市場(chǎng)銷售預(yù)測(cè)將超過萬臺(tái)；隨著增速的加快，10年內(nèi)國(guó)內(nèi)并聯(lián)機(jī)器人年市場(chǎng)銷售預(yù)測(cè)近10萬臺(tái)。并聯(lián)機(jī)器人已成為工業(yè)機(jī)器人銷售增長(zhǎng)的新生力量！

目前據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)食品企業(yè)共有45萬余家，醫(yī)藥企業(yè)近7000余家，化妝品企業(yè)3700余家，電子行業(yè)4900余家。而這些輕工行業(yè)有著3000萬“藍(lán)粉”工人，全球則有5億以上“藍(lán)粉”工人。隨著我國(guó)“機(jī)器換人”的步伐，一臺(tái)并聯(lián)機(jī)器人可替代3~5名“藍(lán)粉”工人，其中的潛在應(yīng)用市場(chǎng)需求巨大，并且未來將不斷擴(kuò)大。尤其是近年來，并聯(lián)構(gòu)型延伸到教育、生活服務(wù)等更廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)，并聯(lián)構(gòu)型產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。有專家預(yù)測(cè)“并聯(lián)市場(chǎng)需求即將迎來井噴式增長(zhǎng)”。