并联(Parallel Articulated)结构主要用于电子电工、食品药品等行业装配、包装、搬运的高速、轻载机器人中。并联结构是工业机器人的一种新颖结构,它由瑞士Demaurex公司在1992年率先应用于包装机器人上。
并联结构机器人的外形和运动原理如图2-22所示。这种机器人一般采用悬挂式布局,其基座上置,手腕通过空间均布的3根并联连杆支撑。
图2-22 并联结构机器人
并联结构机器人可通过控制连杆的摆动角实现手腕在一定圆柱空间内的定位;在此基础上,可通过如图2-23所示手腕上的1~3轴回转和摆动,增加自由度。
图2-23 手腕运动轴(www.daowen.com)
并联结构和前述的串联结构有本质的区别,它是工业机器人结构发展史上的一次重大变革。
在传统的串联结构机器人上,从基座至末端执行器,需要经过腰部、下臂、上臂、手腕、手部等多级运动部件的串联。因此,当腰部回转时,安装在腰部上的下臂、手腕、手部等都必须进行相应的空间移动;当下臂运动时,安装在下臂上的上臂、手腕、手部等也必须进行相应的空间移动等;即后置部件必然随同前置轴一起运动,这无疑增加了前置轴运动部件的质量。
另外,在机器人作业时,执行器上所受的反力也将从手部、手腕依次传递到上臂、下臂、腰部、基座上,即末端执行器也受力,也将串联传递到前端。因此,前端构件在设计时不但要考虑负担后端构件的重力,而且还要承受作业反力,为了保证刚性和精度,每个部件的构件都得有足够体积和质量。
由此可见,串联结构的机器人必然存在移动部件质量大、系统刚度低等固有缺陷。
并联结构的机器人手腕和基座采用的是3根并联连杆连接,手部受力可由3根连杆均匀分摊,每根连杆只承受拉力或压力,不承受弯矩或转矩,因此,这种结构理论上具有刚度高、质量轻、结构简单、制造方便等特点。
但是,并联结构的机器人所需要的安装空间较大,机器人在笛卡儿坐标系上的定位控制与位置检测等方面均有相当大的技术难度,因此,其定位精度通常较低。
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