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由于并联机器人能够解决串联机器人应用中存在的问题,因而,并联机器人扩大了整个机器人的应用领域。由并联机器人研究发展起来的空间多自由度多环并联机构学理论,对机器人协调、多指多关节高灵活手抓等构成的并联多环机构学问题,都具有十分重要的指导意义。因此,并联机构已经成为机构学研究领域的热点之一。目前,国内外关于并联机器人的研究主要集中于运动学、动力学和控制策略三大方向。
发展现状及前景分析:我国对并联机器人研究起步较晚,技术研发与应用水品与国外同类产品相比还有较大的差距。国际国内市场基本上由发那科、爱德普、ABB等企业占据。不过,近几年,国产并联机器人产学研结合日益密切,并联机器人应用市场不再由国外完全包揽。尤其是随着2012年国外专利,国内市场涌现出了一大批并联机器人企业,销售市场呈现出了良好发展局面。
由于并联机构的复杂性, 所以其动力学模型通常是一个多自由度、多变量、高度非线性、多参数耦合的复杂系统。建立动力学模型的常用方法有:Newton-Euler法、Lagrange法、d’Alembert原理、虚功原理(virtual work principle)法、Kane法、高斯(Gauss)法、旋量(对偶数)法、罗伯逊一魏登堡(Roberson-Wittenburg)法和影响系数(Influence coefficient)法等。 Newton-Euler法的特点是:概念清晰,方法直观易懂,计算速度快,容易求解运动副反力,但推导过程复杂,方程数目庞大。
依据运动学结构,可将机器人分为串联机器人、并联机器人和混合机器人三大类别。其中,串联机器人由一组开环运动链组成,并联机器人由一些闭环运动链组成,混合机器人则同时包含了开环和闭环运动链。虽然并联机器人出现时间较串联机器人晚,但其无论在学术理论,还是实际应用上都填补了一些行业空白。在发展历史中,并联机器人的优点正被慢慢凸显出来。
并联机器人具有很多传统串联机器人不具备的优点,并联机器人还有很多理论问题需要进一步的研究和完善,适用于不同工作要求的新型的并联机构有待于进一步开发。目前,并联机器人研究所要解决的问题应包含以下内容: 1) 不同自由度的新型并联机构的研究。研究新型的并联机构,并研究相应的运动学、 动力学等理论,必将会进一步丰富并联机构领域的研究成果,并进一步扩大并联机构的应用范围。 2) 并联机器人运动学正解数值算法的研究。主要是提高位置正解的计算速度,这项 工作是并联机器人轨迹规划的基础。
在保留其高速的情况下,给予机器人更多的自由度,以满足工程需要。
(1)在机器人的定平台中心加一个UPU支链,使其变成一个四支链四自由度的机器人,增加了一个垂直于动平台的转动。(2)在动平台上增加一个小转动电机等,从而增加机器人的自由度,其在自由度上与上一种变种机器人相同。(3)Adept Quattro机器人,在Delta机器人三支链基础上增加一个支链,使其变成四驱动三自由度的冗余机器人,与同类型机器人相比,其率可节省23%的能耗,同时速度在delta的基础上还可以大大增加。