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什么是六足机器人(也称为Stewart平台)?
发布时间:2020-08-03 13:25

  多轴系统可以通过串行运动学或并行运动学进行设计和构建 。在基于串行运动学原理的系统中,一个轴位于另一个轴的顶部,并且每个轴都独立驱动,彼此独立。笛卡尔机器人 是串行运动学设计的一个很好的例子。在并联运动系统中,多根轴协同工作以移动公共平台或末端执行器。一个轴的运动受到其他轴的约束,形成了一种闭环运动链。Delta机器人使用并行运动学。

  六足机器人是一种平行运动机构,具有六个自由度:X,Y,Z,侧倾,俯仰和偏航。
 

六脚机器人(左)是并联运动的示例,而笛卡尔机器人(右)是串行运动的示例。 图片来源:Physik Instrumente
六脚机器人(左)是并联运动的示例,而笛卡尔机器人(右)是串行运动的示例。
图片来源:Physik Instrumente

  hexapod一词在拉丁语中的意思是“六英尺”,而六足机器人恰好由六个致动器(也称为“腿”)组成,这些致动器将固定平台(通常是基座)与移动平台(通常是顶部)连接起来。 )。支腿是拉杆式执行器,也称为“棱柱形”执行器,可由滚珠丝杠,滚柱丝杠,线性电机甚至压电设备驱动。球形或万向节将执行器的末端连接到固定平台和移动平台。

  一些制造商和专家将六足动物机器人简称为“六足动物”。但是,六足动物一词也指六足节肢动物。为避免混淆,我们使用更具体的术语“六脚机器人”。


你知道蝴蝶是六足动物吗?
图片来源:Russ Ottens

  六脚架机构的第一个实际应用是在轮胎测试和飞行模拟器设备中,今天它们仍然使用六脚架机器人。但是,六脚架机构也广泛用于光子学和光学对准,机床设备的定位以及检查系统。

  六足机器人在多轴系统中是独一无二的,因为它们允许用户定义的所有六个运动轴的旋转中心或枢轴点。 与串行运动机器人(笛卡尔,SCARA或6轴)相比,它们还具有更高的刚度和承载能力,因为它们的致动器或“支腿”共同作用以支撑负载。并行设计还意味着对每个执行器的误差进行平均,而不是像在串行机器人中那样进行累积。


你知道蝴蝶是六足动物吗?
图片来源:Russ Ottens

  由于只有顶部平台运动(电动机,齿轮箱和其他传动部件是固定的),因此六脚机器人的惯性要比串行设计低得多,这使其非常适合于具有大负载的高动态运动,或具有光的亚微米精度负载。从集成的角度来看,六脚机器人更易于调试。控制器通常允许简单地输入枢轴点,而六脚机器人通常会放弃伺服调整,因为只有一个移动平台并且系统固有的刚性很高。如果调整是必需的,所有六轴的参数是相同的,使得调整过程更容易和更快的比串行机器人。

  六足机器人有时被称为Stewart平台,但是Stewart平台最初被定义为在固定或移动平台(或两者)上成对连接的执行器。

  使用反向运动学分析六足仪设备。换句话说,不是通过致动器运动来确定移动平台的位移,而是基于平台的位移来确定致动器运动。由于一组给定的致动器位移会导致40个不同的平台位置,因此必须进行反向运动学分析,但是每个唯一的平台位置仅对应一组致动器位移。


Stewart平台是一种六脚机器人,其执行器在固定平台或移动平台(或两者)上成对连接。
图片来源:Wikipedia.org

  六脚架设备的运动学特性也会引起奇异性,或者平台无法控制且无法通过固定执行器的位移来唯一确定其位置的位置。(在极端情况下,奇异点可能会导致整个系统崩溃。)但是,六足机器人的用户很少需要处理奇点问题,因为制造商将机器人的工作区域定义为不包含任何奇点的空间。
 

  ps:“ Stewart平台”一词来自D. Stewart先生,他于1965年向英国机械工程师学会提出,将六脚架机构用作飞行模拟器。但是,斯图尔特先生既不是六足机构的发明者,也不是第一个将六足机构用于实际应用的人。

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