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并联机器人运动控制技术探索

机器人作为智能制造的使能装备，伴随人工智能、5G、工业互联、传感器等技术快速发展，机器人技术也得到了又快又好的发展。工业机器人自20世纪60年代以来，已广泛应用于汽车、3C、食品、物流等领域。其可在高温、低温、有毒的恶劣的环境下替代人类完成繁重、枯燥重复的工作，既可以提高工作效率，又可以保证产品质量，极大的保护工作人员安危。作为工业机器人的串联机器人，因其结构简单、操作空间大等特点，在诸多领域得到了广泛应用。然而，随着并联机器人突破了串联机器人的自身限制，凭借其速度、精度以及刚度的优势，从科研到产业也得到了较好的发展，作为工业机器人分支之一，其在食品、药品、电子、日化等领域应用不断拓展，使其成为近年来产业界研究与开发的热点。我们特邀阿童木机器人研发团队负责人李艳华先生做客机器人大讲堂，分享并联机器人运动控制技术探索。他将从以下几个方面具体讲述： 1.串联机器人和并联机器人串联机器人以开环机构为机器人机构原型；并联机器人为有一个或几个闭合链组成的机器人串联机器人并联机器人 1）并联机器人的末端上平台同时由多根连杆支撑，与串联机器人相比，刚度更大，而且结构更稳定; 2）并联机器人的驱动装置可以安放在靠近机架的位置，避免了机器人运动过程中的位置干涉，减小了系统的惯量，提升了动力性能; 3）并联机器人在设计过程中经常采用对称式的结构，其各项同性好，互换性也较高; 4）串联式机器人末端上存在的误差是各个关节误差的累积，所以误差大、精度低、而并联机器人则没有串联式机器人那样的误差累积放大关系，精度高、误差小; 5）并联机器人的动力学特性较好，甚至在增大尺寸的条件下仍能保持较好的动力学特性; 2.Delta的正逆解解决方案 1）串并联机器人的动力学区别：在位置求解上，串联机器人的运动学正解容易，但逆解较困难，而并联机器人的正解较困难，但反解却非常的容易。 2）Delta机器人的求解方式：使用牛顿迭代求正解和使用解析几何方式求正解。几何解法不需要逼近且可直接计算出合理解，推导过程简单。位置逆解牛顿迭代法公式 3.并联机器人的快速轨迹-叠加与平滑并联机器人相对串联机器来说运行速度更快，要求精度更高。而在大部分应用场景中，并联的抓取轨迹接近于门子型轨迹，对轨迹轨迹的严格复现要求不高，因此在速度规划的过程中可以对加速曲线进行叠加进而提高机械手的运行速度。平滑的门子型轨迹 4.线体与圆弧跟踪-跟踪场景覆盖 1）线体跟踪算法 ·跟踪实现的目标：1、位置相同 2、速度相同 ·跟踪算法的实现方式：1、整体跟踪 2、分部跟踪 3、数值跟踪 ·双跟踪的实现方法 2）圆盘跟踪算法的产生以及应用 ·应用场景：物料循环；占地面积小；工作空间固定等 ·实现方式：实现切向速度跟踪 5.更高的速度要求更高的精度-振动抑制输入整形(Input Shaping)是采用零极点对消原理有效抑制柔性机械系统点—点残留振动的一种有效方法，属开环控制范畴。采用输入整形的优点在于仅需识别出被控对象的模态频率和阻尼比在整个工作区域的变化范围，便可设计出与之匹配的输入整形器，实现对残留振动的有效抑制。

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