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并联机器人只会“龙爪手”?却不知它还会耍“太极”!
来源:机器人圈   发布时间:2016-12-22 12:19:55
  1978年,Hunt首次提出把六自由度并联机构作为机器人操作器,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。如今,并联机器人和串联机器人已经成为工业机器人领域齐驱并进的两架“马车”,共同推动工业机器人向前发展。

  

 

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  什么是并联机器人?并联机器人是指动平台和定平台,通过至少两个独立的运动链相连接,机构具有两个或者两个以上的自由度,以并联方式驱动的一种闭环的机器人。

  目前,很多的并联机器人和串联机器人是有所区别的。

  并联机器人的特点:

  •无需减速器,成本比较低;

  •所有的驱动功率相同、易于产品化;

  •电机位于机架,惯量小;

  •逆解简单,易于实时控制。

  串联机器人的特点:

  •需要减速器;

  •驱动功率不同,电机型号不一;

  •电机位于运动构建,惯量大;

  •正解简单,逆解复杂。

  

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  现在,我们看到的飞行模拟器、汽车测试台、运动模拟器、游戏设备和其他的工业设备都已经用到了并联机器人。其中,预设的并联机器人可以事先来预设并联机器人的运动轨迹,这样的并联机器人就会根据提前的预设轨迹进行运行了。但是,我们在特定的条件之下无法使用预设的并联机器人,比如在地面坎坷不平的环境下建立或者使用一个平台来进行伤员的救治和运输时,预设的轨迹显然无法满足要求,这时就需要自主的并联机器人保持运动中的平衡保护。

  自主并联机器人设计是从架构开始,依次经过机构设计、结构设计、外观设计,其中要考虑结构布局、占用空间面积、速度与承载、主动被动结合相关问题。目前,很多的公司都在研发并联机器人,GQY在并联机器人领域有三大核心技术,多维减震、精准感知和独特算法。在多维减震方面,包括垂直、翻滚、高广度和高速度,主动和被动结合等功能,这些主要是通过多精度的路面和多种传感器的融合,依靠精准控制模型的算法,补偿合理的分配、多环节安全保护,精准地计算加速度等技术来实现。

  我们通过传感器融合技术自主研发了一款核心零部件,叫做IMU高精度惯性测量单元。IMU是基于EtherCat的高速通讯和超低功耗设计,易于拓展接口,可靠性和动态性能极佳。依靠这个设备我们从传感器的层面把汽车产生共振的问题隔离了,这是传感技术在汽车领域非常有效的一个应用。
 

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  我们有一个自平衡救护平台的产品,这个产品是并联机器人在医疗领域的应用。它是基于自平衡的理念进行研发的,能够实现多维减震,并且能够精准实现路面全场景的覆盖,而且这个响应是毫秒级的。比如颠簸的路面、急刹车、急转弯和减速带,这些恶劣的环境之下让我们的平台放在救护车上,车可以颠簸不平、不断起伏,平台还是稳定的。由于它是并联机器人,所以还可以在体积很小的情况下承受很大的负重,极大的方便了户外的救护工作。

  我们对自平衡救护平台的舒适度进行了测试。首先说明,它的测试标准符合《GB/T 18368-2001卧姿人体全身振动的舒适性的评价》1级标准,也符合ISO2631《人体承受全身振动评价指南》。这个评价标准按照舒适性划分为6个等级来区分。

  第一级,感觉不到不舒适;

  第二级,略感不舒适;

  第三级,比较不舒适;

  第四级,不舒适;

  第五级,很不舒适;

  第六级,极不舒适。

  测试的过程是救护车在坎坷不平的路面上进行刹车、转弯、上坡和下坡等动作。我们使用的测试仪器是CASELLA EL-960,这是基于欧盟标准,产自英国的测试仪器,它能够使用于一般的汽车应用上的人体舒适度测试。然后,我们通电后对模拟的伤员进行血压和心电测试,经过测试,我们发现在颠簸的路上使用自平衡救护平台之后,人体的舒适度至少提升了三级,颠簸的程度降低了85%。在急刹车的情况下,人体的舒适度也提升了三级,产出的颠簸减低了75%。急转弯的时候,人体舒适度提升了两级,颠簸的程度降低了60%。

  

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  这个自平衡救护平台是GQY自主研发的无预设自主并联机器人,这也是我们在并联机器人领域的一个典型的应用案例。我们敢于说它是全球首创,因为我们查阅了所有的文献资料,包括美国、欧洲和日本都没有这样的案例。事实证明这款机器人可以有效的抵消路面的颠簸、车身的摇晃,车体加减速等惯性影响,在恶劣的路况下保护平台上的人员持续平衡,大幅降低救护转运过程中的二次伤害。

  通过这个应用案例,我们能够看到并联机器人虽然不能够像单臂 、双臂这样的串联工业机器人那样做复杂的硬性工作,但它却在柔性制造和应用领域具有独特的优势。除了在医护车上应用以外,还能用到像游艇、飞机、雷达天线、航空航天等领域。未来,随着技术不断地成熟和完善,并联机器人将会进入更多的相关领域,成为人类生活当中密不可分的重要部分。

文章作者系郭启寅  宁波GQY视讯股份有限公司董事长

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