上世紀(jì)八十年代，一類以并聯(lián)機(jī)構(gòu)為主機(jī)構(gòu)的新型工業(yè)機(jī)器人(并聯(lián)機(jī)器人)為某些特定工業(yè)領(lǐng)域不斷提供出更為完美的解決方案，引起工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的普遍關(guān)注。

在各種各樣的并聯(lián)機(jī)器人種類中，存在一類由外轉(zhuǎn)動(dòng)/移動(dòng)副驅(qū)動(dòng)、含平行四邊形支鏈的并聯(lián)機(jī)器人(又稱為并聯(lián)機(jī)械手)。這類機(jī)器人因可將驅(qū)動(dòng)裝置布置在靜平臺(tái)(機(jī)架)上，而且從動(dòng)臂多采用輕質(zhì)細(xì)桿制作而成，故末端動(dòng)平臺(tái)可獲得很高的運(yùn)動(dòng)速度和加速度，特別適合于高速物流生產(chǎn)線上物料的分揀、搬運(yùn)和抓放等操作，因此逐漸成為近年來(lái)研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。

而高速并聯(lián)機(jī)器人的研究，最早追溯到Clavel博士于1985年發(fā)明的Delta機(jī)械手。該機(jī)器人主動(dòng)臂由外轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)，從動(dòng)臂為平行四邊形結(jié)構(gòu)，末端執(zhí)行器可在工作空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)3維高速平動(dòng)。而且，在靜、動(dòng)平臺(tái)間加裝兩端帶有虎克鉸鏈的可伸縮轉(zhuǎn)軸，可實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器繞動(dòng)平臺(tái)所在平面法向的單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成對(duì)標(biāo)的物的抓放動(dòng)作。

并聯(lián)機(jī)器人從需求到實(shí)際市場(chǎng)應(yīng)用，過(guò)五關(guān)斬六將，是必然要解決的難題！

想要制作能滿足市場(chǎng)需求的并聯(lián)機(jī)器人成品，先覺(jué)性難題是攻克以及掌握高速并聯(lián)機(jī)械手高速高精作業(yè)的技術(shù)要點(diǎn)！這也是機(jī)器人三大核心技術(shù)(控制器、伺服電機(jī)、減速機(jī))以外的并聯(lián)機(jī)器人核心問(wèn)題。下面我們一起來(lái)隨著阿童木機(jī)器人這家并聯(lián)機(jī)器人代表，從技術(shù)詳細(xì)剖析并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)難題。

第一關(guān)—拓?fù)渚C合

外行看熱鬧，內(nèi)行看門道，很多初出茅廬或者初入此行的朋友，無(wú)疑內(nèi)心都在吶喊，第一關(guān)就這么難??！這個(gè)都是圈圈的圖是個(gè)什么東西？看不懂??！

其實(shí)這個(gè)叫做拓?fù)渚C合的技術(shù)，主要目的是根據(jù)需求，發(fā)明出能夠滿足動(dòng)作需求的機(jī)構(gòu)。咱們現(xiàn)在看到的并聯(lián)機(jī)器人產(chǎn)品，最初都是長(zhǎng)得這個(gè)樣子的。咱們數(shù)學(xué)界有一套組合拳來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，比如收縮圖理論、組合分析、枚舉論和螺旋理論等?？赐曛荒芨锌?，數(shù)學(xué)真?zhèn)ゴ?！沒(méi)有數(shù)學(xué)這個(gè)回旋踢咱們可過(guò)不了這第一關(guān)??！并聯(lián)機(jī)器人同仁們加油！

第二關(guān)—參數(shù)設(shè)計(jì)

這個(gè)看著好像是機(jī)器人的形狀了，不過(guò)咋還這么多符號(hào)呢？一臉茫然。咱們過(guò)了第一關(guān)，拿到了一個(gè)大致能實(shí)現(xiàn)需求的機(jī)構(gòu)構(gòu)型，但這東西沒(méi)法用?。≡趺粗垒斎胼敵龅臄?shù)學(xué)關(guān)系，怎么確定每個(gè)零部件的尺度參數(shù)，怎么確定機(jī)器人長(zhǎng)多大呢？再如何經(jīng)過(guò)訓(xùn)練讓機(jī)構(gòu)長(zhǎng)出肌肉，確定每個(gè)零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)？又如何確定用多大的力來(lái)驅(qū)動(dòng)這個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)呢？

從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，第一步，我們先得用空間向量或者螺旋理論建立描述我們這個(gè)機(jī)構(gòu)輸入輸出關(guān)系的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型；第二步，我們需要結(jié)合機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性提煉運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方程中的優(yōu)化目標(biāo)和約束條件，對(duì)機(jī)構(gòu)的尺度參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；第三步，我們根據(jù)尺度參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過(guò)牛頓歐拉等等數(shù)學(xué)工具，再確定機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)參數(shù)。事實(shí)上述過(guò)程是這樣的：

好吧！小白看看就覺(jué)得夠神秘！?。?！不過(guò)好歹第二關(guān)終于步步細(xì)心的過(guò)去了！

第三關(guān)—虛擬仿真

阿童木機(jī)器人，未來(lái)的目標(biāo)定位全球市場(chǎng)！因此滿足國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，先做出真實(shí)性數(shù)據(jù)下的實(shí)驗(yàn)，才是企業(yè)生產(chǎn)的前提！于是，還得過(guò)第三關(guān)-虛擬仿真。

這時(shí)，matlab、adams、samcef、ansys的十八般武藝都得企業(yè)掌握！這一套組合踢出去，萬(wàn)水千山走過(guò)，我們才能自豪的說(shuō)，沒(méi)問(wèn)題了，仿真分析和理論設(shè)計(jì)吻合。

那仿真分析這關(guān)過(guò)了，我們可以繪制零件圖紙了嗎？怎么可能！

知道每個(gè)零件公差精度怎么給嗎？知道哪個(gè)零件需要重點(diǎn)關(guān)注嗎？知道部件裝配精度需要如何保證嗎？知道部件的裝配工藝嗎？不知道？那還不得趕快先搞清楚去！

第四關(guān)—精度設(shè)計(jì)與標(biāo)定

終于千辛萬(wàn)苦來(lái)到第四關(guān)，這第四關(guān)就是建立機(jī)器人的誤差分析模型，分離可補(bǔ)償誤差和不可補(bǔ)償誤差。

針對(duì)可補(bǔ)償誤差，我們需建立運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定模型，在后面控制系統(tǒng)里進(jìn)行補(bǔ)償；針對(duì)不可補(bǔ)償誤差，我們需進(jìn)行靈敏度分析和公差設(shè)計(jì)，確定關(guān)鍵零部件的制造和裝配精度，并依據(jù)該精度確定零部件的裝配工藝和檢測(cè)方法。

看到這很多人終于明白，以后決不會(huì)再說(shuō)本體沒(méi)有核心技術(shù)了，但這些都不懂??！怎么辦？不懂就得學(xué)??！這又是一個(gè)又一個(gè)數(shù)學(xué)難題！

第五關(guān)—控制器與算法

以上四關(guān)過(guò)后，感覺(jué)天空飄起了彩虹，終于可以期盼樣機(jī)本體部分可以制作了。不過(guò)，快樂(lè)的時(shí)刻都是短暫的。我們好像漏掉了什么東西？是的，我們做的只是并聯(lián)機(jī)器人的骨架和肌肉，那控制行為的大腦怎么建呢？思維怎么形成呢？

好在這個(gè)大腦我們是可以從國(guó)外買的，但是，核心技術(shù)怎么能掌握在被人手里呢？況且，我們還有優(yōu)秀的算法需要寫進(jìn)去呢！所以，阿童木機(jī)器人團(tuán)隊(duì)下定決心，在市場(chǎng)反對(duì)自主研發(fā)的聲音下，成立了神秘的大腦研究部！

從此，該部門開(kāi)啟了沒(méi)有白天黑夜的操練模式。無(wú)數(shù)個(gè)日夜，無(wú)數(shù)箱彈藥，都投在這個(gè)地方，沒(méi)辦法，誰(shuí)讓咱們基礎(chǔ)差呢！只能不斷繼續(xù)努力，勤能補(bǔ)拙！好在阿童木機(jī)器人唯一的資本年輕有毅力又善于學(xué)習(xí)。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)3個(gè)春夏秋冬的持續(xù)攻關(guān)，阿童木機(jī)器人終于完成大腦的建設(shè)！并在思維層面也取得了突破！通過(guò)對(duì)于運(yùn)動(dòng)規(guī)律和抑振算法的研究，使得機(jī)器人的精度又獲提升！

眼看勝利的曙光盡在眼前了，無(wú)疑很多人內(nèi)心是激動(dòng)、喜悅摻雜著淚水啊！感覺(jué)終于要松一口氣了，但是！因?yàn)樵圩龅氖钱a(chǎn)品，需要經(jīng)過(guò)市場(chǎng)最嚴(yán)格的檢驗(yàn)！不能只是研究??！這些研究需要落實(shí)到切實(shí)產(chǎn)品性能，需要轉(zhuǎn)化為客戶需要的速度、精度等性能參數(shù)。

當(dāng)然最重要的是我們得做可靠性研究測(cè)試！客戶的24小時(shí)使用場(chǎng)景，是讓企業(yè)無(wú)比糾結(jié)的一件事情，如果這個(gè)不過(guò)關(guān)，不但每天半夜電話可以打到你神經(jīng)衰弱的，從工程師到銷售的內(nèi)心也是惴惴不安的！核心零部件都解決了，那就一鼓作氣，更全面一些解決這個(gè)問(wèn)題，直接過(guò)關(guān)吧！

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