1\并联机构概述

以串联方式连接，模仿人手臂的串联机器人[20]是最先应用于工业生产中的机械结构，它拥有工作范围广，操作灵活的特点，目前依然是最广泛使用的机器人类型。但是随着生产要求提高，对机器人的要求也越来越高，相应的，串联机器人需要增加运动关节数量以满足更加复杂的工作要求，但运动关节数量越多，运动惯量就会越大，末端执行器的精度会因为各关节的累计误差而大大降低，这对于工业生产中日益严格的精度要求来说是不可接受的。

并联机构在这种情况下作为串联机构的互补机构被发明出来，与串联机构相比，并联机构精度更高，承载能力也高于串联机构，并联机构将定平台和动平台通过多个运动支链相互连接构成闭环结构，运动时多条运动连同时作用。这种结构使并联机构精度，刚度和机构运行速度十分优秀，其适用于工作空间较小、负载较大的应用场合[7]，表1-1对串联机构与并联机构进行了比较。

表1-1串联机构与并联机构特点对比

串联机构 并联机构

运动链形式 开链 闭链

承载能力及刚度 承载能力低、刚度差 承载能力强、刚度高

误差累积 各运动关节误差相互叠加 各运动关节误差矢量和

运动惯量 大 小

工作空间 大 小

运动学分析 正解容易、逆解复杂 正解复杂、逆解容易

自然描述 关节空间中 任务空间中

奇异性 表现为运动奇异 表现为力奇异

最佳应用 大范围灵活运动 精确定位和承载

2\并联机构国内外研究现状

1965年，Stewart六自由度并联机构出现后，Maccallion和Pham.D.J首次将该机构发展到工业生产使用中，标志着并联机器人真正意义上的诞生[8]。随后国内外学者参与研发了多种并联机器人。

国外，美国Frasca公司在Stewart机构开发了一系列飞行模拟器，如图1-7所示，为波音737-400型客机飞行模拟器。六根可自由伸缩的连杆可支持运动平台进行曲面运动，从而模拟飞行员驾驶时飞机的运动情况。

继Stewart机构出现后，更多的少自由度并联机构也被发明出来，最典型的是Tricept并联机构[21]和瑞典ABB公司的Delta并联机器人，如图1-8。两者都是四自由度并联机器人，动平台和定平台由1条恰约束从动支链(UP)和3条无约束主动支链(UPS)连接，UPS支链为动平台提供驱动，UP支链为动平台提供约束。

国内，哈尔滨工业大学提出压电陶瓷驱动微动机器人，该机器人为六自由度并联机构，充分发挥精度高的优点，主要用于细胞工程学、微外科手术、小型精密仪器制造等领域。燕山大学提出可用于机器人手腕和手指上的六维力传感器。六维力传感器通过检测空间坐标系中力的三个分力和三个力矩来获得力的所有信息，从而增加机器人工作精度。