码垛机器人发展状况国外从 20 世纪 60 年代开始研究工业机器人，码垛机器人是工业机器人技术发展过程的 衍生物。最早将工业机器人技术用于物体的码放和搬运是日本和瑞典。20 世纪日本第一次将 机器人用于码垛作业。1974 年瑞典 ABB 公司研发了全球第一台全电控式工业机器人 IRR6， 用于工件的取放和物料搬运[7]。除此之外，德国、意大利、韩国等国家工业机器人的研发水 平也相当高。随着科技的发展，各个国家的码垛机器人的研发水平也越来越高，推出了自己 国家具有代表性的码垛机器人，比如日本的 FANUC 和 OKURA 以及 FUJI 系列，德国的 KUKA

系列，瑞典的 ABB 系列等，如图所示为这些系列机器人的外观。我国工业机器人从 20 世纪 70 年代开始进行研究和应用，由于当时的经济发展水平比较低，故机器人的研究水平很低并 且发展得非常缓慢，后来随着改革开放，码垛机器人才得到了快速的发展[8]。目前我国自主 研究的码垛机器人的结构形式主要分为直角坐标型和关节型，其中直角坐标型机器人有四根

运动轴，分别对应坐标系中的 X 轴，Y 轴和 Z 轴以及绕 Z 轴的一个旋转轴，具有定位精度高， 空间轨迹方便计算，电脑控制容易的优点，但是缺点是占的空间大，工作范围小，灵活性不 好，运动的速度也不快。而关节型机器人机身小并且工作空间大，机器的运动也很灵活，可 应用的场合更加广泛。 70124

2 并联码垛机器人发展综述

码垛机器人的结构形式又主要分为并联和串联，其中并联机构首先在 1965 年由德国的 Stewart 发明，刚开始主要用于飞行模拟器，后来澳大利亚教授 Hunt 将并联机构用于机器人 手臂关节，与串联结构相比，并联结构的刚度更大，承载能力大，精度更高，位置容易求解。 国内外对并联机器人的研究都非常重视，我国中国科学院沈阳自动化研究所,哈尔滨工业大 学，清华大学，浙江大学等许多单位也开展了很多关于并联机器人的研究，并且取得了一定 的成果。Delta 机器人是并联机器人中非常典型的一种，它从 1985 开始被使用，后来随着不 断的改进，它的速度，精度和灵活性都得到了很大的提升。Delta 机器人有两个三角形论文网

DELTA 机器人结构图 平台结构，上方的三角形平台结构的每一个边均伸出一条完全相同的运动链，然后每一条运 动链又对应的连接到下方的三角形平台的相应边，每一个运动链由一个闭环的平行四边形组 成，这样的结构保证了下平台的每一条边都在水平面上[9]。故整个下平台和抓取装置均水平， 下平台不能进行旋转，故整个 Delta 机器人只能在 X,Y,Z 轴进行平移运动，总共具有三个自 由度。Delta 机器人刚度高，精度高，整体结构简单质量低，具有很大的发展潜力，目前也已 经被运用的非常广泛。

3 并联机器人的运动学建模

运动学建模主要研究并联机构的正反解问题，已知杆的位移求解动平台的位置和姿态叫运 动学正解，已知动平台的位置和姿态求解杆的位移叫运动学反解。正解的方法大致分为两种， 第一种是利用雅可比矩阵求解，第二种是利用 Newton 迭代算法，后一种方法比第一种试用 范围更广，求解起来也更容易[10]，对于结构较为复杂的并联机器人，采用雅可比矩阵数学方 程式非常复杂，计算过程也很难，而迭代算法简洁并且运算速度快。

4 并联机器人的工作空间

工作空间即动平台末端执行器的端点可以到达的所有点的集合，机器人的工作空间大小 是衡量它的性能的重要指标，而设计机器人结构参数的首要任务就是规划机器人的运动空间， 工作空间又可以分为可达工作空间和灵活工作空间。同样的机构尺寸串联的力臂更长，工作 空间更大，而并联的工作空间相对来说更小，因此合理规划设计好并联机器人的工作空间对 提升机器人的性能有着至关重要的作用。并联机器人的工作空间分析方法包括解析法和数值 法两种，用解析法是一件很复杂的问题，解析法给定动平台姿态和杆长极限约束时，假象单