并聯機器人 又名：ParallelMechanism

　　并聯機器人的特點呈現為無累積誤差，精度較高；驅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，動態響應好。

定義

　　并聯機構（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，機構具有兩個或兩個以上自由度，且以并聯方式驅動的一種閉環機構。

特點

　　并聯機器人和傳統工業用串聯機器人在哲學上呈對立統一的關系，和串聯機器人相比較，并聯機器人具有以下特點：

　?。?）無累積誤差，精度較高；

　?。?）驅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，動態響應好；

　?。?）結構緊湊，剛度高，承載能力大；

　?。?）完全對稱的并聯機構具有較好的各向同性；

　?。?）工作空間較??；

　　根據這些特點，并聯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域內得到了廣泛應用。

區別

　　并聯機器人和串聯機器人區別

　　1、結構上的差異

　　并聯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，機構具有兩個或兩個以上自由度，且以并聯方式驅動的一種閉環機構。這種設計使得并聯機器人具備優異的剛性和穩定性，適用于需要高精度和高負載能力的任務。

　　串聯機器人是一種由多個關節串聯形成的機器人，這些關節依次連接起來，前一關節的運動會影響到后面的關節。串聯機器人通常具備較大的工作空間和較高的自由度，適用于較復雜和靈活的任務。串聯機器人在執行任務時，由于關節間的耦合，可能會出現較大的非線性誤差，因此對于一些要求高精度和穩定性的應用來說，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節的運動。這種方式使得并聯機器人的運動協調一致、同步性較高。

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

　　3、適應不同工作環境差異。

　　并聯機器人常用于狹小空間或需要與人類共同工作的場景，其結構緊湊、動作靈活，并且可以通過傳感器實現與人類的協作。并聯機器人常用于組裝、焊接、噴涂等工序中，對產品質量要求較高的領域。它們通常使用精密傳感器和控制系統，能夠實現高度的精準度和重復性。

　　串聯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。串聯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境中。

人物事件

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

　　在國內，燕山大學教授黃真教授在1991年研制出我國第一臺六自由度并聯機器人樣機(圖1-5)，在1994年研制出一臺柔性鉸鏈并聯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于并聯機器人理論及技術的專著，2006年又出版了《高等空間機構學》。

　　黃真，男，漢族，1936年2月出生，江蘇宜興人，教授，1959年畢業于哈爾濱工業大學機械工藝專業，現任燕山大學教授，博士生導師。

　　他是我國最早的一位從事并聯機器人研究的學者，也是該領域的最著名的學者。他多次參加國際學術活動，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多名學者參加的國際機器和機構學學會國際學術年會第11屆大會上，他為6個中心發言人之一。

　　他主要從事機器人學、和并聯機器人機械學等方面的研究工作。多年來，先后承擔國家自然科學基金項目9項，國家863項目3項，國家科技攻關等項目共計20余項。已在國內外發表論文280余篇，其中國際著名雜志《MechanismandMachineTheory》、《InternationalJournalofRoboticsResearch》，《JournalofRoboticSystems》，《ASMEJournalofMechanicalDesign》發表30余篇；ASME、IEEE等國際會議發表論文50余篇；《中國科學》及國內一級學術雜志《機械工程學報》、《中國機械工程》、等發表論文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《空間機構學》（1991年）和《并聯機器人機構學理論及控制》（1997年），后者被審定為“全國高技術重點圖書”。今年他的專著《高等空間機構學》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，作為課題主要負責人主持國家自然科學基金等項目2項及河北省高層次特別優秀人才支持計劃。

　　黃真教授治學嚴謹、知識淵博、誨人不倦，直到現在的近70歲的高齡仍舊奮戰在科學研究的第一線。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部勞動模范等光榮稱號。

并聯機構

　　提出、特點及應用

　　1965年，德國Stewart發明了六自由度并聯機構，并作為飛行模擬器用于訓練飛行員。1978年澳大利亞著名機構學教授Hunt提出將并聯機構用于機器人手臂。

　　并聯機構的特點：

　?。?）與串聯機構相比剛度大，結構穩定；

　?。?）承載能力大；

　?。?）微動精度高；

　?。?）運動負荷??；

　?。?）在位置求解上，串聯機構正解容易，但反解十分困難，而并聯機構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，這對串聯式十分不利，而并聯式卻容易實現。

　　分類

　　從運動形式來看，并聯機構可分為平面機構和空間機構；細分可分為平面移動機構、平面移動轉動機構、空間純移動機構、空間純轉動機構和空間混合運動機構，

　　另可按并聯機構的自由度數分類：

　?。?）2自由度并聯機構。

　　2自由度并聯機構，如5-R、3-R-2-P（R表示轉動副，P表示移動副）平面5桿機構是最典型的2自由度并聯機構，這類機構一般具有2個移動運動。

　?。?）3自由度并聯機構。

　　3自由度并聯機構各類較多，形式較復雜，一般有以下形式：平面3自由度并聯機構，如3-RRR機構、3-RPR機構，它們具有2個移動和一個轉動；球面3自由度并聯機構，如3-RRR球面機構、3-UPS-1-S球面機構，3-RRR球面機構所有運動副的軸線匯交空間一點，這點稱為機構的中心，而3-UPS-1-S球面機構則以S的中心點為機構的中心，機構上的所有點的運動都是繞該點的轉動運動；3維純移動機構，如StarLike并聯機構、Tsai并聯機構和DELTA機構，該類機構的運動學正反解都很簡單，是一種應用很廣泛的3維移動空間機構；空間3自由度并聯機構，如典型的3-RPS機構，這類機構屬于欠秩機構，在工作空間內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，阻礙了該類機構在實際中的廣泛應用；還有一類是增加輔助桿件和運動副的空間機構，如德國漢諾威大學研制的并聯機床采用的3-UPS-1-PU球坐標式3自由度并聯機構，由于輔助桿件和運動副的制約，使得該機構的運動平臺具有1個移動和2個轉動的運動（也可以說是3個移動運動）。

　?。?）4自由度并聯機構。

　　4自由度并聯機構大多不是完全并聯機構，如2-UPS-1-RRRR機構，運動平臺通過3個支鏈與定平臺相連，有2個運動鏈是相同的，各具有1個虎克鉸U，1個移動副P，其中P和1個R是驅動副，因此這種機構不是完全并聯機構。

　?。?）5自由度并聯機構。

　　現有的5自由度并聯機構結構復雜，如韓國Lee的5自由度并聯機構具有雙層結構（2個并聯機構的結合）。

　?。?）6自由度并聯機構。

　　6自由度并聯機構是并聯機器人機構中的一大類，是國內外學者研究得最多的并聯機構，廣泛應用在飛行模擬器、6維力與力矩傳感器和并聯機床等領域。但這類機構有很多關鍵性技術沒有或沒有完全得到解決，比如其運動學正解、動力學模型的建立以及并聯機床的精度標定等。從完全并聯的角度出發，這類機構必須具有6個運動鏈。但現有的并聯機構中，也有擁有3個運動鏈的6自由度并聯機構，如3-PRPS和3-URS等機構，還有在3個分支的每個分支上附加1個5桿機構作這驅動機構的6自由度并聯機構等。

發展方向

　　并聯機器人的發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：

　　并聯機器人將繼續在現有功能基礎上進行增強，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、運動速度以及穩定性。

　　例如，在制造業中，隨著產品形狀和工藝的復雜性增加，對并聯機器人的精度和靈敏度要求也在提高。因此，未來的并聯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：

　　未來的并聯機器人將趨向于更加智能化，具備更強的自主學習能力、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習技術，并聯機器人將能夠更好地適應復雜多變的工作環境，并自主完成更多任務。

多場景應用拓展：

　　目前，并聯機器人在工業、醫療、航空航天等領域已有廣泛應用。未來，它們將進一步拓展到更多場景，如農業、建筑、環境監測等。

　　例如，在農業領域，并聯機器人可以用于自動種植、環境監測等任務；在建筑領域，它們可以協助進行地形測繪、建筑設計和施工等工作。

模塊化與標準化：

　　為了便于生產和維護，未來的并聯機器人可能會趨向于模塊化和標準化設計。這將使得機器人的組裝、調試和維修變得更加簡單和高效。

　　同時，模塊化和標準化也有助于降低生產成本，提高產品的市場競爭力。

協同作業與集成化：

　　隨著技術的發展，未來的并聯機器人將更加注重與其他機器人或自動化系統的協同作業能力。通過集成多種傳感器和執行器，實現更高效的自動化生產流程。

　　此外，并聯機器人還可能與云計算、大數據等技術相結合，實現遠程監控、故障診斷和預測性維護等功能。

　　綜上所述，并聯機器人的發展方向包括功能增強與性能提升、智能化與自主化、多場景應用拓展、模塊化與標準化以及協同作業與集成化等方面。這些發展方向將有助于并聯機器人在未來更好地滿足不同領域的需求，并推動相關產業的持續發展。

和串聯機器人區別

　　并聯機器人和串聯機器人在多個方面存在顯著的區別，這些區別主要體現在結構、特點、應用場合以及運動控制和編程方式上。以下是對這些區別的詳細分析：

一、結構區別

　　串聯機器人：是一種開式運動鏈機器人，由一系列連桿通過轉動關節或移動關節串聯形成。這種結構使得串聯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。

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

二、特點區別

　　串聯機器人：

　　需要減速器，驅動功率不同，電機型號不一。

　　電機位于運動構建，慣量大。

　　正解計算（即根據關節角度計算末端執行器位置）相對簡單，但逆解計算（即根據末端執行器位置反推關節角度）復雜。

　　并聯機器人：

　　無需減速器，成本相對較低。

　　所有的驅動功率相同，易于產品化。

　　電機位于機架，慣量小。

　　逆解計算簡單，易于實時控制。

三、應用場合區別

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

　　并聯機器人：主要用于精密緊湊的應用場合，如精密裝配、檢測、包裝、分揀等。并聯機器人在速度、重復定位精度和動態性能等方面具有顯著優勢，適用于對精度和穩定性要求較高的任務。

四、運動控制和編程方式區別

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

　　并聯機器人：通常采用集中式控制方法，即通過中央控制器控制所有關節的運動。這種方式使得并聯機器人的運動協調一致、同步性較高。

五、其他區別

　　承載能力：并聯機器人由于結構剛性較強，通常具有較高的承載能力；而串聯機器人在承受較大負載時，可能會因為關節間的柔性連接而導致精度下降。

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

　　綜上所述，并聯機器人和串聯機器人在結構、特點、應用場合、運動控制和編程方式等方面存在明顯的區別。選擇合適的機器人類型取決于具體的應用需求和性能要求。