发布时间：2023-11-07 04:05:38   来源：安博电竞

  纵观国内诸多的并联机器人文献，显而易见：国内的研究已经取得了一些喜人的成果，可以从中清楚的发现一些特点和问题：

  （1）、并联机器人的机构学与运动学的研究成果比较多，许多理论的研究已达到了国际水平，但是有关于工作空间的扩展以及灵活度的分析还是不够完整。在实际应用阶段，给定姿态参数，机器人的位置工作空间怎样去确定；给定位置参数，机器人的定向能力如何；给定一条轨迹，机器人能否再次工作空间内动作等问题都是有待进一步研究的内容。

  随着现代科学技术的快速的提升和社会的进步，智能机器人技术的研究已成为机器人领域的主要发展趋势，如各种精密装配机器人，力/位置混合控制机器人，多肢体协调控制系统和先进制造系统中的机器人的研究等。近些年来，国内对并联机器人控制方面的研究也有一定的进展。

  机器人仿真是机器人研究的一项很重要的内容，它涉及机器人机构学、机器人运动学、机器人零件建模、仿真机器人三维实现和机器人运动控制，是一项综合性的有创新意义和实用价值的研究课题。仿真利用计算机可视化和面向对象的手段，模拟机器人的动态特性，帮助研究人员了解机器人工作空间的形态及极限，揭示机构的合理运动方案及有效的控制算法，从而解决在机器人设计、制造以及运行过程中的问题，避免了直接操作实体可能会造成的事故或者不必要的损失。随机器人研究的不断深入和机器人领域的持续不断的发展，以及计算机技术的逐步的提升，机器人仿真系统作为机器人设计和研究的安全可靠、灵活方便的工具，发挥着重要的作用。

  根据大量国内并联机器人文献，介绍了国内并联机器人的机构学、运动学、动力学、控制策略以及仿真等方面的主要研究成果，并阐述了我国并联机器人未来发展的方向以及尚待解决的问题。

  并联机器人无论是从结构上还是功能实现上都是一种新型机器人。并联机器人具有精度高、刚度大、惯性小、承载能力高、运动反解模型简单、操作速度高、易于控制等特点，因此，其应用场景范围从最初的飞行模拟器到近几年来的宇宙飞船空间对接器、精密操作微动机器人以及虚拟轴加工车床等。现在并联机器人的研究吸引了慢慢的变多的科研学者，其应用场景范围也在不断的扩大。

  当并联机构接近奇异位形时，雅克比矩阵的逆矩阵精度降低，从而使得机构的输入输出运动间的传递关系失真，衡量这种失真程度的指标就是灵活度。天津大学的刘旭东研究了一种3-TPT并联机构的工作空间边界和灵活度解析模型，在灵活度解析部分，首先建立了雅克比矩阵，然后提出了灵活度指标，进而进行了局部灵活度与各向同性解析，最后指出，该并联机构所处的构形为局部最优灵活度构形。这种分析在国内此方面的研究具有很强的代表性。

  当并联机构处于奇异位形时，其操作平台具有多余的自由度，机构将失去控制，同时，关节驱动力将趋于无限大，从而造成机器人机构的损坏，因此在设计和应用并联机器人时应该避开奇异位形。在理论上看，当并联机构处于奇异位形时，其雅克比矩阵成为奇异阵，行列式为零，机构的速度反解不存在。实际上，并联机器人不但应该避开奇异位形，而且也应该避免奇异位形附近的区域，因为在此范围内，机器人的运动传递性很差。由此可见，并联机器人奇异位形的研究具备极其重大意义。许多研究者采用不一样的方法对奇异位形进行计算和判定。

  机构动力学研究包括：惯性力计算、受力分析、驱动力矩分析、主负约束反力分析、动力学模型建立、计算机动态仿真、动态参数辨识等。动力学分析包括正逆两类问题。由于并联机构的复杂性，其动力学模型通常是多自由度、多变量、高度非线性、多参数耦合的复杂系统。Lagrange方法建立动力学方程是以系统动能和势能建立的，它推导复杂、计算量大，但用矩阵形式表示的动力学模型即能用于动力学控制，又能用于系统动力学模拟，而且能清楚地表示出各构件间的耦合特性，有利于对系统的耦合特性做深入研究，因此Lagrange方程得到了广泛的应用。

  （2）、并联机器人动力学与控制方面研究相对来说还是比较少，在未来的发展中，如何探索特殊的控制策略，使其能够充分的利用并联机构的特性来提高性能；同时，如何推导出并联机器人系统关于可控性与可观性的理论结果等都是值得探索的问题。

  （3）、并联机器人的仿真方面，应用的工具慢慢的变多，仿真的实用程度也在慢慢地提高，但是要让仿真真正的做到指导实际应用还是有差距。

  [1]、《并联机器人机构学理论及控制》，黄真孔令富方跃法，北京机械工业出版社，1997。

  [2]、《机构影响系数与并联机器人雅克比矩阵的研究》，孙立宁于晖祝宇虹张秀峰蔡鹤皋，哈尔滨工业大学学报，2002.12.

  [3]、《三自由度并联机器人操作平台的主运动螺旋研究》，方跃法黄线年，英国高级工程师Stewart首先提出了一种6自由度的并联机构作为飞行模拟器用以训练飞行员。从结构上看，它是由6根支杆将上下平台联结起来，这6根支杆都可以独立地自由伸缩，它们又分别用球铰与上下平台联结，这样上平台就可以相对于下平台实现6个自由度地动作，即在三维空间内可以作任何方向地移动和绕任何方向、位置的轴线年，澳大利亚的Hunt教授指出这种机构更接近于人体的结构，可以将此平台作为机器人机构。在20世纪90年代之前，当国际上的许多研究人员开始把研究重心从串联机器人转向并联机器人时，我国的并联机器人研究人员还寥寥无几，比较著名的有黄真、孔令富、方跃法等。在那之后，尤其是近5年，国内诸多学者才开始对这种特殊的机构进行深入细致的研究，包括其机构学、运动学、动力学、控制策略以及仿真实现等，本文将根据大量国内相关文献对这样一些方面的研究成果进行总结介绍，并对我国并联机器人未来发展的方向以及尚待解决的问题进行阐述。

  工作空间是指机器人操作器的工作区域，是衡量机器人性能的重要指标。吴生富等人在输入转化方法的基础上，对并联机器人工作空间的各截面做多元化的分析，讨论了结构尺寸与工作空间的关系，得出能够最终靠改变上下平台短边夹角或平台半径、改变上平台半径、改变油缸最短长度四种途径来改变机器人的工作空间。沈阳工业学院的王铁军等研究了并联机构工作空间极限边界数值搜索算法，讨论了并联机器人位置和姿态的工作空间以及包括关节约束在内的工作空间问题。中科院的李方等以解析法为基础，结合并联机器人的运动特性，提出一种可以精确确定并联机器人工作空间的几何方法。

  并联机器人的机构学与运动学主要研究并联机器人的运动学、奇异形位、工作空间和灵活度分析等方面，这是实现并联机器人控制和应用研究的基础。

  运动学研究的内容有位置正解和逆解两方面。位置正解就是根据给定的关节变量求机器人手部位姿，逆解就是根据机器人手部位姿求各关节变量。对于并联机器人而言，其位置逆解很容易，而正解是相当复杂的，许多理论研究者在求正解方面颇有建树。