二、文献综述（包括：1.理论的渊源及演进过程  2.国内外对本课题的研究现状和有待解决的问题  3.本人对所查文献的评述等）

1.理论渊源及演进过程

1）理论渊源

并联机器人，英文名为Parallel Mechanism，简称PM，可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。

特点：

（1）无累积误差，精度较高；

（2）驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好；

（3）结构紧凑，刚度高，承载能力大；

（4）完全对称的并联机构具有较好的各向同性；

（5）工作空间较小；

根据这些特点，并联机器人在需要高刚度、高精度或者大载荷而无须很大工作空间的领域内得到了广泛应用

2）演进过程

从运动形式来看，并联机构可分为平面机构和空间机构；细分可分为平面移动机构、平面移动转动机构、空间纯移动机构、空间纯转动机构和空间混合运动机构,

另可按并联机构的自由度数分类：

（1 ）2 自由度并联机构。

2 自由度并联机构，如5-R、3-R-2-P（R 表示转动副，P 表示移动副）平面5杆机构是最典型的2自由度并联机构，这类机构一般具有2 个移动运动。

（2 ）3 自由度并联机构。

3 自由度并联机构各类较多，形式较复杂，一般有以下形式：平面3自由度并联机构，如3-RRR 机构、3-RPR 机构，它们具有2个移动和一个转动；球面3自由度并联机构，如3-RRR 球面机构、3-UPS-1-S 球面机构，3-RRR 球面机构所有运动副的轴线汇交空间一点，这点称为机构的中心，而3-UPS-1-S 球面机构则以S的中心点为机构的中心，机构上的所有点的运动都是绕该点的转动运动；3 维纯移动机构，如Star Like 并联机构、Tsai 并联机构和DELTA 机构，该类机构的运动学正反解都很简单，是一种应用很广泛的3维移动空间机构；空间3自由度并联机构，如典型的3-RPS 机构，这类机构属于欠秩机构，在工作空间内不同的点其运动形式不同是其最显著的特点，由于这种特殊的运动特性，阻碍了该类机构在实际中的广泛应用；还有一类是增加辅助杆件和运动副的空间机构，如德国汉诺威大学研制的并联机床采用的3-UPS-1-PU 球坐标式3 自由度并联机构，由于辅助杆件和运动副的制约，使得该机构的运动平台具有1 个移动和2 个转动的运动（也可以说是3个移动运动） 。

（3 ）4 自由度并联机构。

4 自由度并联机构大多不是完全并联机构，如2-UPS-1-RRRR 机构，运动平台通过3 个支链与定平台相连，有2个运动链是相同的，各具有1 个虎克铰U ，1 个移动副P ，其中P 和1 个R 是驱动副，因此这种机构不是完全并联机构。

（4 ）5 自由度并联机构。

现有的5 自由度并联机构结构复杂，如韩国Lee的5自由度并联机构具有双层结构（2 个并联机构的结合）。

（5 ）6 自由度并联机构。

6 自由度并联机构是并联机器人机构中的一大类，是国内外学者研究得最多的并联机构，广泛应用在飞行模拟器、6维力与力矩传感器和并联机床等领域。但这类机构有很多关键性技术没有或没有完全得到解决，比如其运动学正解、动力学模型的建立以及并联机床的精度标定等。从完全并联的角度出发，这类机构必须具有6个运动链。但现有的并联机构中，也有拥有3 个运动链的6 自由度并联机构，如3-PRPS 和3-URS 等机构，还有在3 个分支的每个分支上附加1个5杆机构作这驱动机构的6自由度并联机构等。

2.国内外研究现状和有待解决的问题

1）国内外研究现状

国内：

燕山大学教授黄真教授在1991年研制出我国第一台六自由度并联机器人样机，在1994年研制出一台柔性铰链并联式六自由度机器人误差补偿器，在1997年出版了我国第一部关于并联机器人理论及技术的专著，2006年又出版了《高等空间机构学》。

他是我国最早的一位从事并联机器人研究的学者，也是该领域的最著名的学者。他多次参加国际学术活动，在国际上已有较大的影响，特别是在2004年举行有44个国家500多名学者参加的国际机器和机构学学会国际学术年会第11届大会上，他为6个中心发言人之一。

他主要从事机器人学、和并联机器人机械学等方面的研究工作。多年来，先后承担国家自然科学基金项目9项，国家863项目3项，国家科技攻关等项目共计20余项。已在国内外发表论文280余篇，其中国际著名杂志《Mechanism and Machine Theory》、《International Journal of Robotics Research》, 《Journal of Robotic Systems》，《ASME Journal of Mechanical Design》发表30余篇；ASME、IEEE等国际会议发表论文50余篇；《中国科学》及国内一级学术杂志《机械工程学报》、《中国机械工程》、等发表论文40余篇。其中129篇次被三大索引（SCI－33、EI－88和ISTP－8）收录，他引总共369次。出版专著《空间机构学》（1991年）和《并联机器人机构学理论及控制》（1997年），后者被审定为“全国高技术重点图书”。他的专著《高等空间机构学》又被教育部审定为全国研究生指定教材，已于2006年6月出版。

他的研究成果已获国家教育部科自然科学1等奖2项，河北省科技进步1等奖2项等科技奖励共计16项。作为课题主要负责人主持国家自然科学基金等项目2项及河北省高层次特别优秀人才支持计划。

国外：

并联机构的最早出现在国外，可以回溯至20世纪30年代。

1931年，Gwinnett在其专利中提出了一种基于球面并联机构的娱乐装置；1940年，Pollard在其专利中提出了一种空间工业并联机构，用于汽车的喷漆；之后，Gough在1962年发明了一种基于并联机构的六自由度轮胎检测装置；三年后，Stewart首次对Gough发明的这种机构进行了机构学意义上的研究，并将其推广应用为飞行模拟器的运动产生装置，这种机构也是目前应用最广的并联机构，被称为Gough-Stewart机构或Stewart机构

1965 年，德国Stewart 发明了六自由度并联机构，并作为飞行模拟器用于训练飞行员。1978年澳大利亚著名机构学教授Hunt提出将并联机构用于机器人手臂，由此拉开并联机器人研究的序幕，但在随后的近10年里，并联机器人研究似乎停滞不前。直到80年代末90年代初，并联机器人才引起了广泛注意，成为国际研究的热点。

2）有待解决的问题

相比于常见的串联机器人，并联机器人无累积误差、定位精度高、响应速度快、承载能力强、运动部件质量轻，在高速和大承载能力的场景下，具有明显的优势。

但是并联机器人工作空间有限，在运动学方面，串联机器人正向运动学简单逆向运动学困难，并联机器人恰恰相反，逆向运动学简单而正向运动学困难，可能导致轨迹复杂，在部分位姿下可能发生奇形异位，机械结构将会失去控制，对于并联机械结构设计和在软件内模拟分析并设计合理的控制算法方面有重要的研究价值和深远意义。

3.个人评述

①并联机器人未来工业有着重要的地位，许多发达国家对并联机器人都制定了战略

布局。

②具有串联机器人所不具备的优点，并联机构动态性能好、精度高、速度快、平稳、承载力大。

③六自由度并联机器人有广泛应用领域，相比于比二三四并联机构更有好的性能和更宽的应用范围，如各种模拟器和机床。

④在结构设计方面仍具有许多创新点，并联机器人相比于串联机器人起步晚不够成熟，仍有许多可以创新的地方。

⑤六自由度并联机器人也有许多问题尚未很好的解决，工作空间有限可能出现奇形异位，正运动学难解。

三、课题研究内容与方法

课题研究内容：

1.研究现状分析及开题报告；

2.六自由度并联机器人的结构设计；

3.六自由度并联机器人的三维模型搭建及装配；

4.在ADAMS中对机器人的动态性能进行仿真分析；

5.完成毕业论文撰写。

课题研究方法：

1.文献研究法

文献研究法主要指搜集、鉴别、整理文献，并通过对文献的研究形成对事实的科学认识的方法。文献研究法的一般过程包括五个基本环节，分别是：提出课题或假设、研究设计、搜集文献、整理文献和进行文献综述。

2. 类比法

类比法，是一种最古老的认知思维与推测的方法，是对未知或不确定的对象与已知的对象进行归类比较，进而对未知或不确定对象提出猜测。如果未知的对象确实与某种已知的对方有较多的相似之处，则类比法有一定的认知价值，分类学就是由类比法演化而来。由串联机器人、二自由度、三自由度、四自由度并联机器人所具有的属性，可以推测与六自由度并联机器人也可能具有这种属性。其结论必须由实验来检验，类比对象间共有的属性越多，则类比结论的可靠性越大。类比是将一类事物的某些相同方面进行比较，以另一事物的正确或谬误证明这一事物的正确或谬误。这是运用类比推理形式进行论证的一种方法。

3. 建模仿真法

对六自由度机器人进行构想，并在软件中建模出来，后面进行仿真，在进行有限元分析和受力分析，可以实现不用做出实体就可以进行可行性分析的一种科研方法。

4. 数学方法

数学方法就是在撇开研究对象的其他一切特性的情况下，用数学工具对研究对象进行一系列量的处理，从而作出正确的说明和判断，得到以数字形式表述的成果

四、课题研究进度安排

进度计划：根据机器人工程学院2019级毕业设计实施方案，暂定进度计划如下：

1．开题报告：2022年12月31日。

2．课题研究：2023年春期第1周：初定设计步骤方案，指导教师进行毕业设计指导；3-4周：功能结构设计及计算；5-6周：三维参数化造型设计及装配；7-8周：并联机器人的动态性能的仿真分析；9-10周：编写毕业设计说明书。

3．中期检查：2023年春期第4周末，学院组织中期检查。

4．完成课题：2023年春期第11周末之前，毕业设计审核—查重—提交-评阅。

5．毕业答辩：2023年春期第12周末。

五、主要参考文献目录

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