可实现SCARA运动的新型并联机器人机构及其动态特性研究

The development level of the industrial robots has gradually become the criteria to evaluate the industry level of a country. In contrast to the extending stage in the developed country, the application of the high-speed robot in our country is at the start-up stage. To eliminate the technical gap, leap-forward development is the feasible and only road. According to the urgent industrial demands for the high-speed parallel robots with SCARA motions, this project focuses on some key theories and techniques in terms of type synthesis and dynamic performance assurance. In order to entirely master the technique of dynamic performance assurance, the following research works must be carried out: propose a concise and intuitive type synthesis method; derive some novel mechanisms with practical value and intellectual property; establish a proper performance evaluation index for the high-speed, light-load and high-rotational-output application situation; propose the dynamic parameter adjusting method and trajectory planning technique; investigate the design and assurance method for the static and dynamic accuracy. On this basis, a prototype will be developed to carry out the experimental test and engineering application. Integrating the theoretical research and technical application, this project aims at establishing the type synthesis theory, grasping the dynamic performance assurance technique and laying the foundation for the innovation of high-speed robots and engineering application of robot technique in our country.

工业机器人技术的高低已经逐渐成为衡量一个国家工业发展水平的重要依据。目前我国高速机器人在相关产业中的应用正处于起步阶段，而国际上一些先进发达国家则已进入推广应用阶段。这种技术上的阶段性差距，必须通过实施跨越式发展才能消除。本项目密切结合工业生产线上对高速SCARA并联机器人的迫切需求，研究其构型综合及动态特性保证等关键理论与技术，提出简洁直观的构型综合方法，发明具有工程实用价值的拥有自主知识产权的原理新构型，建立面向高速轻载、高转动输出的性能评价指标，提出机电耦合参数整定方法、轨迹规划方法以及动静态精度设计及保证方法，以全面掌握其动态特性保证技术，并开发一台物理样机进行实验测试及工程应用，形成以理论与技术研究紧密结合为特色的高速SCARA并联机器人的构型创新理论以及综合动态特性保证技术，为我国高速机器人的自主创新及机器人技术的工程应用和发展奠定重要的理论和技术基础。

随着各基础产业尤其是制造业发展水平的不断提升，进一步降低劳动力成本、提高生产效率已成为工业界的迫切需求，本课题密切结合食品、医药等包装工业生产线上对高速SCARA并联机器人的迫切需求，研究其构型综合及动态特性保证等关键理论与技术，提出了基于Grassmann线几何和线图法的并联机构构型综合方法，完成了高速SCARA并联机器人机构的创新设计、面向高速轻载及高转动输出的性能评估及尺度综合、考虑全误差参数的误差建模及灵敏度分析，建立了面向高速并联机器人的惯量匹配方法及驱动系统参数优化方法，并实现了基于逆动力学模型以及轨迹规划的动态性能优化设计，在这些理论研究成果的基础上，开发了一台可实现SCARA运动的新型高速并联机器人试验样机X4，并进行了功能原理有效性等相关实验验证，效果良好，为试验样机的后续工程化应用和推广奠定了基础，该新型高速SCARA并联机器人在电子、食品、医药和轻工等行业的分拣、包装生产线上具有广阔的应用前景。.课题执行期间，共发表论文12篇，其中被SCI检索8篇、EI检索3篇(其中1篇论文获国际会议唯一最佳论文奖)、国际会议论文1篇；获授权发明专利5项、申请发明专利2项；先后有3人次分别参加在香港、广州和英国举办的国际学术会议，并做了分组报告。