宁波材料所四自由度并联机器人研究取得进展

并联机器人是工业机器人的重要分支之一，具有刚度高、重量轻、速度快、精度高等优点，在高速搬运、包装、分拣、贴片等方面有着无可比拟的优势，已在食品、物流、医药、电子等轻工业中得到广泛应用。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进制造技术研究所精密运动与先进机器人团队最新研发的高速高精并联机器人，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。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。研究团队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一个双动子的高精度直线电机驱动，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碳纤维复合材料，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。

研究团队对该四自由度并联机器人进行了基于工作空间的优化设计，研制了系统样机，其X-Y-Z运动范围为0.6m×1.5m×0.55m，绕Z轴转动范围为±90°，最大运动速度达到2.0m/s，重复定位精度达到0.1mm，能够满足高速、高精度分拣、包装等作业需求，具有广阔的应用前景。

四自由度3T1R并联机器人示意图

四自由度3T1R并联机构构型

四自由度3T1R并联机器人样机