关注 | 并联式机构的优缺点与并联机构原理在机器人领域的应用

导语 在机器人发展初期，绝大部分的机器人都是以串联式机构作为载具，将线性轴与旋转轴组合而成，串联式机构是一个开放的运动链，其所有的运动杆件并没有形成一个封闭的结构链，因此机构各轴必须独立控制，并且需搭配编码器与传感器用来提高机构运动时的精准度，串联式机构优点包括： 1.工作空间大、2.运动分析较容易、3.可避免驱动轴之间的耦合（coupling） 效应。

       相反的，并联式机构运动杆件为一个封闭形式的结构链，其优缺点如下：

　　1.不易有动态误差，精度较高。

　　2.运动惯性小。

　　3.输出轴大部份承受轴向应力，机器刚性高，结构稳定。

　　4.为热对称性结构设计，热变形量较小。

　　5.在位置求解上，串联机构正解容易，反解困难，而并联机构正解困难，反解容易。

　　6.工作空间较小。

　　并联式机构的优点可以改善串联式机构传统机器人很难突破的根本限制，例如： 机架及运动轴重量太大导致结构弯曲变形，并联机构可避免串联机构所造成的驱动轴累积误差，同时几何误差还能有平均化效果，因此容易达成高精密度。并联式机构因为结构稳定、精度高等优点，有很大的潜力可以克服前述困难，提供下一代机器人所需的运动机构。并联式机构最早的应用可追溯至1954 年Gough与Whitehall 所设计用来检测航空轮胎的机构（图1），1965 年Stewart在其论文所提出的六轴飞行仿真器机构（A platform with six degree of freedom），其并联机构原理仍广泛运用于现今的车辆、飞行驾驶训练仿真器。