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低成本流水线用四轴并联机器人

项目简介

并联机器人具有刚度高、运动部件质量小、速度快、精度高等优点，在数控加工、3C装配、物料分拣、食品包装等行业中有着良好的应用前景。但目前多数并联机构的构型复杂、钗链数目过多，导致其存在工作空间小、动态精度低等缺陷，实际应用的并联机器人构型较少，难于满足自动化作业需求。宁波材料所研发的四自由度并联机器人可以完成3T1R （三个平动一个转动）四个自由度的运动，实现了少自由度并联机器人的构型创新。其工作空间可以沿丫轴无限延伸，绕Z轴转动范围可达±90。适合于大型流水线上的分拣作业；通过采用铝合金连杆轻量化设计与步进电机带动齿轮齿条的驱动方案，确保机器人的动态响应同时，降低了整机成本；基于PowerLink总线开发了多轴同步控制算法，在2m/s最大运动速度下，实现了0.1 mm的重复定位精度；开发了基于视觉伺服与机器人逆运动学的实时轨迹规划，实现了高速下对随机摆放物体的快速分拣。

技术优势

在机构构型设计上，采用了独特的M型4-2-1并联机构构型设计，结构紧凑好、重心低，有效提高了系统的刚度和稳定性。核心技术优势在于通过机构运动学特性分析，发现该机构具有简单的正向和逆向运动学求解算法。在驱动设计上，该并联机器人的两侧复合支链分别采用了同一齿条上双步进电机驱动齿轮的设计，具有结构简单、定位精度高、成本低等特点。在材料选择上，机构连杆采用高强度的轻质铝合金材料，有效降低了运动杆件的重量，改善了系统的动态特性，也为系统实现高速运动创造了条件。在控制方案上，建立了基于系统动力学的运动规划与控制算法，并通过PowerLink总线进行多轴同步控制，实现了并联机器人的高速、高精度运动控制。

知识产权

ZL20161030555.2 四自由度并联机构

应用市场

物料分拣、食品包装。

合作模式

技术开发、技术转让

主要研究人员

杨桂林，博士，高级研究员，博士生导师。 **，中科院特聘研究员，浙江省突岀贡献中青年专家。现任中科院宁波材料技术与工程研究所副所长，所属先进制造技术研究所所长，浙江省机器人与智能制造装备重点实验室主任，中科院机器人与智能制造创新研究院宁波分部主任，中国机械工程学会机器人分会副主任委员。长期从事机械电子、机器人及智能制造装备方面的研究工作，在精密电磁驱动装置、多自由度微纳米操作机器人、并联机器人、绳驱动机器人、模块化机器人、工业机器人等研究方向主持了国家自然科学基金、科技部重点研发计划以及中科院重点部署计划等多个科研项目，取得了较为显著的科研成果。已发表学术论文300余篇，出版了3本学术著作（合著、合编），申报了国内外专利80余项。担任了多个国际学术期刊的编委、技术编辑，作为大会主席、技术委员会主席组织过多个国际学术会议。获2014年美国“百大科技奖”（R&D100 Awards）、2014年"光华龙腾奖”中国设计贡献奖银奖和2018年中国产学研合作创新成果一等奖。