平面并联码垛机器人—机械部分设计
平面并联码垛机器人—机械部分设计
1 绪论1
1.1 机器人概述1
1.2本次毕业设计的目的及其意义2
1.3 并联机器人的发展历史4
1.4 并联机器人的研究现状及未来发展8
1.5 平面并联机器人的介绍8
1.5.1 平面并联码垛机器人相对于传统的串联机器人具有以下特点
1.5.2 平面机构的组成要素
1.6 本次毕业设计发展情况简介10
1.7 本次毕业设计任务11
2 技术部分11
2.1 整体方案设想11
2.2 电动机的选择13
2.3 平面并联码垛机器人的连接轴的计算14
2.4 液压的主要尺寸计算17
2.5 机械手升降部分液压缸的尺寸19
2.6 减速器的选择21.
2.7 平面并联码垛机机器人的机构设计23
2.8 运动分析28
2.9 机械爪的抓紧范围30
结论31
致谢32
参考文献33
1.1 机器人概述
随着时代的飞速发展，经济的进步，世界科技水平不断的提高。机器人制造技术成为了21世纪科技发展的热点，并持续不断升温。人类的很多岗位将逐渐由机器人所替代，机器人正帮助人类完成一些人类所无法企及的事，比如喷漆车间，高温制造车间，生化污染严重的工作环境以及深海高压作业等影响人类健康和生命安全的高危工作将由机器人代替人人类去完成。同时机器人也代替着人类去探索世界乃至宇宙的未知空间，尤其在外太空，机器人起着无可代替的作用，也带来丰硕的成果。
社会的发展必然使社会分工越来越细，尤其在现代化的大生产中，有的人每天就只管拧同一个部位的一个螺母，有的人整天就是接一个线头，就像电影《摩登时代》中演示的那样，人们感到自己在不断异化，各种职业病开始产生。于是人们强烈希望用某种机器代替自己工作。于是人们开始研究出了机器人技术，代替人完成那些枯燥、单调、危险的工作。可能会有人担心 “机器人上岗，人将下岗。”不仅在我国，即使在一些发达国家如美国，也有人持这种观念。其实这种担心是多余的，任何先进的机器设备，都会提高劳动生产率和产品质量，创造出更多的社会财富，也就必然提供更多的就业机会，这已被人类生产发展史所证明。任何新事物的出现都有利有弊，只不过利大于弊，很快就得到了人们的认可。比如汽车的出现，它不仅夺了一部分人力车夫、挑夫的生意，还常常出车祸，给人类生命财产带来威胁。虽然人们都看到了汽车的这些弊端，但它还是成了人们日常生活中必不可少的交通工具。英国一位著名的政治家针对关于工业机器人的这一问题说过这样一段话：“日本机器人的数量居世界首位，而失业人口最少，英国机器人数量在发达国家中最少，而失业人口居高不下”，这也从另一个侧面说明了机器人是不会抢人饭碗的反而是人类进步不可或缺因素。
机器人技术的发展建立在多学科的基础之上，其特点有应用领域广、技术新、学科综合与交叉性强等。传统的机器人技术涉及到机械学、电子学、自动控制等学科；现代机器人技术则综合了更加广泛的学科和技术领域，比如计算机技术、仿生学、生物工程、人工智能、材料、微机械、信息工程、遥感等。机器人技术已发展成为一个相对独立的交叉技术领域。
在机器人研究领域，并联机构成大热趋势，越来越多企业的制造工厂的生产制造流水上引入并联机器人进行作业，就目前成果来看，平面并联机器人的工作业绩也确实没让我们失望。
并联机器人并不神秘，它已经深入到我们的日常生活当中，如下图所示：
图1-0 气动并联机器人
并联机构以简单而便捷的构造完成超乎想象的工作量，引发了专业领域研究人员的兴趣，其展现的强大功能如下图所示：
图1-1 工业并联机构
1.2本次毕业设计的目的及其意义
然而在本次毕业设计中的平面并联码垛机器人不能将社会方方面面各个领域都涉及到，这次毕业设计主要研究设计的是用于工业食品生产流水线上的机器人---平面并联码垛机器人。平面并联码垛机器人目前被广泛应用于食品，电子，医药，化工，军工等领域。应用十分广泛，平面并联码垛机器人具有人类无可比拟的优势，比如平面并联码垛机器人高效，准确，稳定，持久不间断的工作，就长远来看，平面并联码垛机器人的成本相对于人力成本还是比较低廉的，当生产流水线达到一定规模时，平面并联码垛机器人的优势集中体现在便于管理，管理1000个员工最少需要200名管理人员，而管理1000台平面并联码垛机器人仅仅需要几台电脑和几个程序，仅此而已。
所以说平面并联码垛机器人的发展趋势锐不可当，这也是为什么本次毕业设计选此题的目的。
21世纪是知识经济时代，未来的发展也必然是利用知识，智力去创造一切的时代，如何将知识，智力这些抽象事物转化为生产力，这将是人类研究的一大课题，机器人的诞生，似乎给人类将知识向生产力转换找到了一个可靠有效的载体，过去流行三个臭皮匠赛过诸葛亮这句祖宗流传的俗语即将改写，机器人可以帮助人类实现无人化操作，我可以将我们大脑中所存储的必要知识复制到机器人的身上，让机器人从某种意义上成为人类一个克隆体，就像电影铁甲钢拳上的影子机器人可以模仿人类动作一样，我们可以有无数个自己。设想当一个上千人的生产流水线上，员工聚集一起工作，管理成本显而易见。然而当将这上千名员工替换成统一化，机械化平面并联码垛机器人的时候，只需简单的几个按钮和几个命令，人类就可以在旁边抽着香烟看着价值财富从这些机器人中创造出来。
图1-1 自动化生产流水线
这条生产线以前是排满了一线的员工，然而此时代替他们的就是这些不知疲倦而且不会出错的机器人。机器人可以将人类想象中的很多不可能实现的付诸于实现，然而我们需要做的就是研究出比塔门更强大平面并联码垛机器人，这就是本次毕业设计选择平面并联码垛机器人的意义所在。
1.3 并联机器人的发展历史
并联机器人本质上是一种并联机构，并联机构专业上可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。并联机构的出现可以回溯至20世纪30年代：
1931年，Gwinnett在其专利中提出了一种基于球面并联机构的娱乐装置。
如图所示：
图1-2 球面并联机构
1940年Pollard在其专利中提出了一种空间工业并联机构，用于汽车的喷漆。
如下图所示：
图1-3 工业并联机构
1962年 Gough发明了一种基于并联机构的六自由度轮胎检测装置。
如下图所示：
图1-4 六自由度并联机构
1965年，Stewart首次对 Gough发明的这种机构进行了机构学意义上的研究并将其推广为飞行模拟器的运动产生装置，这种机构也是目前应用最广的并联机构，被称为Gough-Stewart机构或Stewart机构。
图1-5 Stewart机构
当然并联机器人和传统工业用串联机器人具有一定差异性，虽然并联机器人相对串联机器人的工作空间较小，但是并联机器人作为一类全新的机器人，它具有刚度大，承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点，与目前广泛应用的串联机器人在应用上构成互补关系，因而扩大了整个机器人的应用领域。并联机器人可以作为航天上的飞船对接器、航海上的潜艇救援对接器，工业上可以作为大件的装配机器人、精密操作的微动器。
自从20 世纪60 年代初人类创造了第一台工业机器人以后，机器人就显示出它极大的生命力，经过四十多年的发展，工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。
根据德国机床研究所提供的数据，目前大多数并联装备应用于机床，定位装置和机器人领域，其中机床所占比例最高。但在该领域，样机数量远远超过商业用机，比例是7：3.机器人领域的情况则相反，60%已投入实际工业应用，40%是样机。定位装置领域的情况与机床领域类似。
在制造业中，尤其是在汽车产业中，工业机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。 目前，汽车制造业是制造业所有行业中人均拥有工业机器人密度最高的行业如：
2004 年德国制造业中每1万名工人中拥有工业机器人的数量为162 台，而在汽车制造业中每1 万名工人中拥有工业机器人的数量则为1140 台；意大利的这一数值更能说明问题
2004 年意大利制造业中每1 万名工人中拥有工业机器人的数量为123台，而在汽车制造业中每1万名工人中拥有工业机器人的数量则高达1600 台。随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高，机器人的应用范周还在不断地扩大，已从汽车制造业推广到其他制造业，进而推广到机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中。在工业生产中，弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。
2005 年，亚洲地区电子电气行业对工业机器人的需求仅次于汽车及汽车零部件制造业，其占所有行业总需求的比例为31%；而在欧洲地区橡胶及塑料工业对工业机器人的需求则远远超过电子电气行业而排名第二位；美洲地区由于汽车及汽车零部件制造业对工业机器人的需求遥遥领先，所以金属制品业(包括机械)、橡胶及塑料工业以及电子电气行业对工业机器人的需求比例相当，均在7% 左右。
另外诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行业。此外，在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多，如无人侦察机(飞行器)、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。而且，随着人类生活水平的提高及文化生活的日益丰富多彩，未来各种专业服务机器人和家庭用消费机器人将不断贴近人类生活，其市场的繁荣兴旺将指日可待。
机器人技术的发展与应用极大的改变了人类的生产和生活方式。机器人不仅能够迅速而准确地完成枯燥的重复性工作，而且能够在危险，恶劣环境下安全可靠的完成许多复杂操作，可以大大的减轻人们的劳动强度，提高劳动生产率，改善产品质量。作为一种具有闭链结构的先进机器人，并联机器人在机构学上具有运动惯量低，，负载能力强，刚度大等优点，这恰恰弥补了传统工业机器人在这些方面的不足，使得并联机器人成为一个潜在的高速度，高精度运动平台。尽30年来，研究人员在并联机器人的机构设计，运动学求解与分析，运动学定标，动力学与控制等方面做了大量的研究工作，并联机器人已然成为现代机器人领域的研究与应用热点。
国内外学术界和工程界对研究和开发并联机床都非常重视。1994 年在芝加哥国际机床博览会(IMTS’94)上首次展出了称为“六足虫”(Hexapod)和“变异型”(VARIAX)的数控机床与加工中心并引起了轰动[2]。此后，各主要工业国家都投入了大量的人力和物力进行并联机床的研究与开发。如美国IngersollMilling公司、Giddings&Lewis公司和Hexal 公司，英国GeodeticTechnology公司，俄罗斯Lapik 公司，德国Mikromat 公司、亚琛工业大学、汉诺威大学、斯图加特大学,挪威Multicraft 公司，瑞士ETZH 和IFW 研究所，瑞典Neos 机器人公司，意大利Comau 机床公司，丹麦Braunschweig 公司，日本丰田公司、日立公司、三菱公司、韩国SENATECHNOLOGIES 公司等单位相继研制出不同结构形式的数控机床、激光加工和水射流机床、坐标测量机等基于并联机构的制造设备[3,4]。并联机床所涉及的基本理论问题同样引起了许多研究单位的重视。
由美国国家科学基金会动议，1998 年在意大利召开了第一届国际并联运动学机器专题研讨会，2000 年在美国召开了第二届国际并联运动学机器专题研讨会。
我国已在国家“九五”科技攻关计划和“863”高技术发展计划中对并联机床的研究与开发予以支持。中国科学院沈阳自动化研究所、清华大学、天津大学、哈尔滨工业大学、东北大学、河北工业大学等单位的研究人员也在积极从事并联机床领域的研究工作，并与相关企业合作研制了数台结构形式各异的样机[5,6]。
基于并联机器人的多坐标数控机床研究已成为机器人研究领域以及机床制造领域的研究热点。目前，国内外所推出的各种并联机床大多数都是单纯利用并联机构(尤其是其中的Stewart平台机构)来构造机床(也有一些在并联机构的动平台上再串接一、两个转动关节以增加工具的姿态空间)。根据其相应的并联机构所具有的自由度主要有6自由度(6 条腿)以及3 自由度(3 条腿)两类；按照各分支链的驱动方式可分为两种形式：一种形式为各分支链（定长杆）的一端通过滑块（或丝杠螺母副）沿固定平台导轨移动（简称“腿滑动”）来改变动平台的位置及姿态；另一种形式为通过各分支链杆长的伸缩（简称“腿伸缩”）来改变动平台的位置及姿态。
1.4 并联机器人的研究现状及未来发展
国内外关于并联机器人的研究主要集中于结构学、运动学、动力学和控制策略的研究等几个领域。其中并联机器人的结构学与运动学主要研究并联机器人的构型综合、运动分析、奇异位型、工作空间和灵巧度分析以及位置校准等方面。这项研究是实现机器人设计、控制和应用研究的基础，因而在并联机器人的研究中占有重要的基础地位。动力学分析及控制策略的研究主要是对并联机器人进行动力学分析和建模，并且研究利用各种可能的控制算法，对并联机器人实施控制，从而达到期望的运动轨迹和控制效果
由于在机械结构上存在多条运动链，并联机器人的性能分析与运动控制和传统的串联机器人有着本质的区别。一方面，由于采用多个运动链，并联机器人的运动学求解非常复杂，要在工作空间中进行奇异性，力矩传递性等性能分析就更加困难。另一方面，多条运动链产生的闭链约束使得并联机器人运动学的线性程度非常加大，从而使得并联机器人的动力学控制和摩擦力补偿问题更加复杂。
并联机器人虽然经过了几十年的研究，在理论上比较成熟，但是很大程度上是在大学的实验室，真正投入到生产实践中的并联机器人甚少。近年来，先进制造技术的发展对并联机器人的研究和发展起着积极的促进作用。随着先进制造技术的发展，工业机器人已从当初的柔性上下料装置，正在成为高度柔性、高效率和可重组的装配、制造和加工系统中的生产设备。要从组成敏捷生产系统的观点出发，来研究并联机器人的进一步发展。面向先进制造环境的机器人柔性装配系统和机器人加工系统中，不仅有多机器人的集成，还有机器人与生产线、周边设备、生产管理以及人的集成。要想使并联机器人充分发挥其优势性，适应于市场的需求,就需要对并联机器人进行模块化设计。并联机器人的模块化设计正是符合敏捷制造提出的策略，敏捷制造的基本思想是企业能迅速将其组织和装备重组，快速响应市场变化，生产出满足用户需求的个性化产品。并联机器人的模块化设计为并联机器人迅速走向市场奠定了良好的发展基础。
1.5 平面并联机器人的介绍
平面并联码垛机器人本质上是一种并联机构，并联机构：并联机构（Parallel Mechanism，简称PM），可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。
1.5.1 平面并联码垛机器人相对于传统的串联机器人具有以下特点：
（1）无累积误差，精度较高；
（2）驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好；
（3）结构紧凑，刚度高，承载能力大；
（4）完全对称的并联机构具有较好的各向同性；
（5）工作空间较小；
1 绪论1
1.1 机器人概述1
1.2本次毕业设计的目的及其意义2
1.3 并联机器人的发展历史4
1.4 并联机器人的研究现状及未来发展8
1.5 平面并联机器人的介绍8
1.5.1 平面并联码垛机器人相对于传统的串联机器人具有以下特点
1.5.2 平面机构的组成要素
1.6 本次毕业设计发展情况简介10
1.7 本次毕业设计任务11
2 技术部分11
2.1 整体方案设想11
2.2 电动机的选择13
2.3 平面并联码垛机器人的连接轴的计算14
2.4 液压的主要尺寸计算17
2.5 机械手升降部分液压缸的尺寸19
2.6 减速器的选择21.
2.7 平面并联码垛机机器人的机构设计23
2.8 运动分析28
2.9 机械爪的抓紧范围30
结论31
致谢32
参考文献33
1.1 机器人概述
随着时代的飞速发展，经济的进步，世界科技水平不断的提高。机器人制造技术成为了21世纪科技发展的热点，并持续不断升温。人类的很多岗位将逐渐由机器人所替代，机器人正帮助人类完成一些人类所无法企及的事，比如喷漆车间，高温制造车间，生化污染严重的工作环境以及深海高压作业等影响人类健康和生命安全的高危工作将由机器人代替人人类去完成。同时机器人也代替着人类去探索世界乃至宇宙的未知空间，尤其在外太空，机器人起着无可代替的作用，也带来丰硕的成果。
社会的发展必然使社会分工越来越细，尤其在现代化的大生产中，有的人每天就只管拧同一个部位的一个螺母，有的人整天就是接一个线头，就像电影《摩登时代》中演示的那样，人们感到自己在不断异化，各种职业病开始产生。于是人们强烈希望用某种机器代替自己工作。于是人们开始研究出了机器人技术，代替人完成那些枯燥、单调、危险的工作。可能会有人担心 “机器人上岗，人将下岗。”不仅在我国，即使在一些发达国家如美国，也有人持这种观念。其实这种担心是多余的，任何先进的机器设备，都会提高劳动生产率和产品质量，创造出更多的社会财富，也就必然提供更多的就业机会，这已被人类生产发展史所证明。任何新事物的出现都有利有弊，只不过利大于弊，很快就得到了人们的认可。比如汽车的出现，它不仅夺了一部分人力车夫、挑夫的生意，还常常出车祸，给人类生命财产带来威胁。虽然人们都看到了汽车的这些弊端，但它还是成了人们日常生活中必不可少的交通工具。英国一位著名的政治家针对关于工业机器人的这一问题说过这样一段话：“日本机器人的数量居世界首位，而失业人口最少，英国机器人数量在发达国家中最少，而失业人口居高不下”，这也从另一个侧面说明了机器人是不会抢人饭碗的反而是人类进步不可或缺因素。
机器人技术的发展建立在多学科的基础之上，其特点有应用领域广、技术新、学科综合与交叉性强等。传统的机器人技术涉及到机械学、电子学、自动控制等学科；现代机器人技术则综合了更加广泛的学科和技术领域，比如计算机技术、仿生学、生物工程、人工智能、材料、微机械、信息工程、遥感等。机器人技术已发展成为一个相对独立的交叉技术领域。
在机器人研究领域，并联机构成大热趋势，越来越多企业的制造工厂的生产制造流水上引入并联机器人进行作业，就目前成果来看，平面并联机器人的工作业绩也确实没让我们失望。
并联机器人并不神秘，它已经深入到我们的日常生活当中，如下图所示：
图1-0 气动并联机器人
并联机构以简单而便捷的构造完成超乎想象的工作量，引发了专业领域研究人员的兴趣，其展现的强大功能如下图所示：
图1-1 工业并联机构
1.2本次毕业设计的目的及其意义
然而在本次毕业设计中的平面并联码垛机器人不能将社会方方面面各个领域都涉及到，这次毕业设计主要研究设计的是用于工业食品生产流水线上的机器人---平面并联码垛机器人。平面并联码垛机器人目前被广泛应用于食品，电子，医药，化工，军工等领域。应用十分广泛，平面并联码垛机器人具有人类无可比拟的优势，比如平面并联码垛机器人高效，准确，稳定，持久不间断的工作，就长远来看，平面并联码垛机器人的成本相对于人力成本还是比较低廉的，当生产流水线达到一定规模时，平面并联码垛机器人的优势集中体现在便于管理，管理1000个员工最少需要200名管理人员，而管理1000台平面并联码垛机器人仅仅需要几台电脑和几个程序，仅此而已。
所以说平面并联码垛机器人的发展趋势锐不可当，这也是为什么本次毕业设计选此题的目的。
21世纪是知识经济时代，未来的发展也必然是利用知识，智力去创造一切的时代，如何将知识，智力这些抽象事物转化为生产力，这将是人类研究的一大课题，机器人的诞生，似乎给人类将知识向生产力转换找到了一个可靠有效的载体，过去流行三个臭皮匠赛过诸葛亮这句祖宗流传的俗语即将改写，机器人可以帮助人类实现无人化操作，我可以将我们大脑中所存储的必要知识复制到机器人的身上，让机器人从某种意义上成为人类一个克隆体，就像电影铁甲钢拳上的影子机器人可以模仿人类动作一样，我们可以有无数个自己。设想当一个上千人的生产流水线上，员工聚集一起工作，管理成本显而易见。然而当将这上千名员工替换成统一化，机械化平面并联码垛机器人的时候，只需简单的几个按钮和几个命令，人类就可以在旁边抽着香烟看着价值财富从这些机器人中创造出来。
图1-1 自动化生产流水线
这条生产线以前是排满了一线的员工，然而此时代替他们的就是这些不知疲倦而且不会出错的机器人。机器人可以将人类想象中的很多不可能实现的付诸于实现，然而我们需要做的就是研究出比塔门更强大平面并联码垛机器人，这就是本次毕业设计选择平面并联码垛机器人的意义所在。
1.3 并联机器人的发展历史
并联机器人本质上是一种并联机构，并联机构专业上可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。并联机构的出现可以回溯至20世纪30年代：
1931年，Gwinnett在其专利中提出了一种基于球面并联机构的娱乐装置。
如图所示：
图1-2 球面并联机构
1940年Pollard在其专利中提出了一种空间工业并联机构，用于汽车的喷漆。
如下图所示：
图1-3 工业并联机构
1962年 Gough发明了一种基于并联机构的六自由度轮胎检测装置。
如下图所示：
图1-4 六自由度并联机构
1965年，Stewart首次对 Gough发明的这种机构进行了机构学意义上的研究并将其推广为飞行模拟器的运动产生装置，这种机构也是目前应用最广的并联机构，被称为Gough-Stewart机构或Stewart机构。
图1-5 Stewart机构
当然并联机器人和传统工业用串联机器人具有一定差异性，虽然并联机器人相对串联机器人的工作空间较小，但是并联机器人作为一类全新的机器人，它具有刚度大，承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点，与目前广泛应用的串联机器人在应用上构成互补关系，因而扩大了整个机器人的应用领域。并联机器人可以作为航天上的飞船对接器、航海上的潜艇救援对接器，工业上可以作为大件的装配机器人、精密操作的微动器。
自从20 世纪60 年代初人类创造了第一台工业机器人以后，机器人就显示出它极大的生命力，经过四十多年的发展，工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。
根据德国机床研究所提供的数据，目前大多数并联装备应用于机床，定位装置和机器人领域，其中机床所占比例最高。但在该领域，样机数量远远超过商业用机，比例是7：3.机器人领域的情况则相反，60%已投入实际工业应用，40%是样机。定位装置领域的情况与机床领域类似。
在制造业中，尤其是在汽车产业中，工业机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。 目前，汽车制造业是制造业所有行业中人均拥有工业机器人密度最高的行业如：
2004 年德国制造业中每1万名工人中拥有工业机器人的数量为162 台，而在汽车制造业中每1 万名工人中拥有工业机器人的数量则为1140 台；意大利的这一数值更能说明问题
2004 年意大利制造业中每1 万名工人中拥有工业机器人的数量为123台，而在汽车制造业中每1万名工人中拥有工业机器人的数量则高达1600 台。随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高，机器人的应用范周还在不断地扩大，已从汽车制造业推广到其他制造业，进而推广到机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中。在工业生产中，弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。
2005 年，亚洲地区电子电气行业对工业机器人的需求仅次于汽车及汽车零部件制造业，其占所有行业总需求的比例为31%；而在欧洲地区橡胶及塑料工业对工业机器人的需求则远远超过电子电气行业而排名第二位；美洲地区由于汽车及汽车零部件制造业对工业机器人的需求遥遥领先，所以金属制品业(包括机械)、橡胶及塑料工业以及电子电气行业对工业机器人的需求比例相当，均在7% 左右。
另外诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行业。此外，在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多，如无人侦察机(飞行器)、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。而且，随着人类生活水平的提高及文化生活的日益丰富多彩，未来各种专业服务机器人和家庭用消费机器人将不断贴近人类生活，其市场的繁荣兴旺将指日可待。
机器人技术的发展与应用极大的改变了人类的生产和生活方式。机器人不仅能够迅速而准确地完成枯燥的重复性工作，而且能够在危险，恶劣环境下安全可靠的完成许多复杂操作，可以大大的减轻人们的劳动强度，提高劳动生产率，改善产品质量。作为一种具有闭链结构的先进机器人，并联机器人在机构学上具有运动惯量低，，负载能力强，刚度大等优点，这恰恰弥补了传统工业机器人在这些方面的不足，使得并联机器人成为一个潜在的高速度，高精度运动平台。尽30年来，研究人员在并联机器人的机构设计，运动学求解与分析，运动学定标，动力学与控制等方面做了大量的研究工作，并联机器人已然成为现代机器人领域的研究与应用热点。
国内外学术界和工程界对研究和开发并联机床都非常重视。1994 年在芝加哥国际机床博览会(IMTS’94)上首次展出了称为“六足虫”(Hexapod)和“变异型”(VARIAX)的数控机床与加工中心并引起了轰动[2]。此后，各主要工业国家都投入了大量的人力和物力进行并联机床的研究与开发。如美国IngersollMilling公司、Giddings&Lewis公司和Hexal 公司，英国GeodeticTechnology公司，俄罗斯Lapik 公司，德国Mikromat 公司、亚琛工业大学、汉诺威大学、斯图加特大学,挪威Multicraft 公司，瑞士ETZH 和IFW 研究所，瑞典Neos 机器人公司，意大利Comau 机床公司，丹麦Braunschweig 公司，日本丰田公司、日立公司、三菱公司、韩国SENATECHNOLOGIES 公司等单位相继研制出不同结构形式的数控机床、激光加工和水射流机床、坐标测量机等基于并联机构的制造设备[3,4]。并联机床所涉及的基本理论问题同样引起了许多研究单位的重视。
由美国国家科学基金会动议，1998 年在意大利召开了第一届国际并联运动学机器专题研讨会，2000 年在美国召开了第二届国际并联运动学机器专题研讨会。
我国已在国家“九五”科技攻关计划和“863”高技术发展计划中对并联机床的研究与开发予以支持。中国科学院沈阳自动化研究所、清华大学、天津大学、哈尔滨工业大学、东北大学、河北工业大学等单位的研究人员也在积极从事并联机床领域的研究工作，并与相关企业合作研制了数台结构形式各异的样机[5,6]。
基于并联机器人的多坐标数控机床研究已成为机器人研究领域以及机床制造领域的研究热点。目前，国内外所推出的各种并联机床大多数都是单纯利用并联机构(尤其是其中的Stewart平台机构)来构造机床(也有一些在并联机构的动平台上再串接一、两个转动关节以增加工具的姿态空间)。根据其相应的并联机构所具有的自由度主要有6自由度(6 条腿)以及3 自由度(3 条腿)两类；按照各分支链的驱动方式可分为两种形式：一种形式为各分支链（定长杆）的一端通过滑块（或丝杠螺母副）沿固定平台导轨移动（简称“腿滑动”）来改变动平台的位置及姿态；另一种形式为通过各分支链杆长的伸缩（简称“腿伸缩”）来改变动平台的位置及姿态。
1.4 并联机器人的研究现状及未来发展
国内外关于并联机器人的研究主要集中于结构学、运动学、动力学和控制策略的研究等几个领域。其中并联机器人的结构学与运动学主要研究并联机器人的构型综合、运动分析、奇异位型、工作空间和灵巧度分析以及位置校准等方面。这项研究是实现机器人设计、控制和应用研究的基础，因而在并联机器人的研究中占有重要的基础地位。动力学分析及控制策略的研究主要是对并联机器人进行动力学分析和建模，并且研究利用各种可能的控制算法，对并联机器人实施控制，从而达到期望的运动轨迹和控制效果
由于在机械结构上存在多条运动链，并联机器人的性能分析与运动控制和传统的串联机器人有着本质的区别。一方面，由于采用多个运动链，并联机器人的运动学求解非常复杂，要在工作空间中进行奇异性，力矩传递性等性能分析就更加困难。另一方面，多条运动链产生的闭链约束使得并联机器人运动学的线性程度非常加大，从而使得并联机器人的动力学控制和摩擦力补偿问题更加复杂。
并联机器人虽然经过了几十年的研究，在理论上比较成熟，但是很大程度上是在大学的实验室，真正投入到生产实践中的并联机器人甚少。近年来，先进制造技术的发展对并联机器人的研究和发展起着积极的促进作用。随着先进制造技术的发展，工业机器人已从当初的柔性上下料装置，正在成为高度柔性、高效率和可重组的装配、制造和加工系统中的生产设备。要从组成敏捷生产系统的观点出发，来研究并联机器人的进一步发展。面向先进制造环境的机器人柔性装配系统和机器人加工系统中，不仅有多机器人的集成，还有机器人与生产线、周边设备、生产管理以及人的集成。要想使并联机器人充分发挥其优势性，适应于市场的需求,就需要对并联机器人进行模块化设计。并联机器人的模块化设计正是符合敏捷制造提出的策略，敏捷制造的基本思想是企业能迅速将其组织和装备重组，快速响应市场变化，生产出满足用户需求的个性化产品。并联机器人的模块化设计为并联机器人迅速走向市场奠定了良好的发展基础。
1.5 平面并联机器人的介绍
平面并联码垛机器人本质上是一种并联机构，并联机构：并联机构（Parallel Mechanism，简称PM），可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。
1.5.1 平面并联码垛机器人相对于传统的串联机器人具有以下特点：
（1）无累积误差，精度较高；
（2）驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好；
（3）结构紧凑，刚度高，承载能力大；
（4）完全对称的并联机构具有较好的各向同性；
（5）工作空间较小；
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