并聯機構的設計與應用

    并聯機構是由多個相同類型的運動鏈在運動平臺
和固定平臺之間并聯而成的。相對于串聯機構，并聯
機構的運動平臺由多個驅動桿支承，結構剛度大，結
構更加德定;在相同自重與體積下承載能力更高;對
末端執行器沒有誤差積累和放大作用.誤差小，精度
高;可以將電動機安裝在固定機座上，運動載荷比較
小，降低了系統的慣性，提高了系統的動力性能;在
運動學求解上，運動學逆解求解容易，便于實現實時
控制。
    并聯機床屬于新結構機床，其主要特征在于機床
中采用了不同于傳統機床的并聯機構。并聯機床通過
改變驅動桿的長度或位置來改變安裝有執行器的活動
平臺的位姿，在活動平臺上安裝不同執行器就可進行
多坐標銑、鉆、磨、拋光以及異型刀具刃磨等多種加
工任務，裝備機械手腕、高能光薄或CCD攝像機等
末端執行器，還可完成精密裝配、特種加工與測量等
作業。
    最初推出的并聯機床均是建立在Stewart平臺基
礎上的六并聯機床。以美國Giddings & Lewis公司推
出的Variax六并聯機床為例，該機床用可伸縮的六根
桿支撐并連接運動平臺(裝有主軸頭)與固定平臺
(裝有工作臺)。每根桿均由各自的伺服電動機與滾
珠絲杠驅動。伸縮這6根桿就可以使裝有主軸頭的運
動平臺進行三維空間的運動，從而改變主軸與工件的
相對空間位置，滿足加工中刀具運動軌跡的要求。與
傳統機床相比，這種六并聯機床具有如下優點:剛性
為傳統機床的5倍;精度比傳統機床高2～I0倍;輪
廓加工速度與加速度可分別達到66m/min和1g，因
而輪廓加工的效率相當于傳統機床的5～10倍。對于
傳統機床需要多次定位工件才能加工的復雜曲面，這
種機床可以一次加工完成。然而，六并聯機床適合應
用在精度、剛度和載荷/機床重量比要求高，而對工
作空間要求不大的場合。另外，為了實現所需加工的
軌跡，六并聯機床的控制系統必須進行大盆復雜的計
算，因為刀具的任何運動都需要高性能的計算機來控
制所有6個軸的聯動，正是這一點限制了它們的應
用。
    然而，墓于Stewart平臺的六桿并聯機構有工作
空間小、本身的奇異性和拐合性使其構型和總體布局
受限、任何運動均需六軸聯動、運動正解復雜而難于
實現快速的實時控制等局限，使其難以實現產業化。
此外，并聯機床(機器人)的每一個支鏈均通過鉸
鏈與動、靜平臺相連，正是由于校鏈的精度、間隙和
接觸剛性等問題，使得并聯機床(機器人)的實際
整體精度和剛性降低。而且，并聯的分支鏈越多，連
接這些分支鏈的鉸鏈越容易產生疊加的隨機性誤差，
從而影響并聯機器人(機床)的整體工作精度。從
這個意義上說，也可以解釋為何少自由度并聯機床
(機器人)比六桿并聯機床(機器人)更易實現實用
化。為了克服六桿并聯機構上述存在的一些問題，少
自由度并聯機構特別是三自由度并聯機構由于具有工
作空間相對較大，奇異性和禍合性相對較小，運動
學、動力學分析相對簡單，靈活性較高，控制容易，
并且設計制造方便等優勢，成為近年來國內外研究發
展的主流，特別是為了擴大工作空間，申并聯結構的
混聯機床(機器人)亦成為機器人領域的重要發展
方向。
(責任編輯：laugh521521)

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