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  多軸系統(tǒng)可以通過串行運動學或并行運動學進行設計和構建 。在基于串行運動學原理的系統(tǒng)中,一個軸位于另一個軸的頂部,并且每個軸都獨立驅動,彼此獨立。笛卡爾機器人 是串行運動學設計的一個很好的例子。在并聯運動系統(tǒng)中,多根軸協(xié)同工作以移動公共平臺或末端執(zhí)行器。一個軸的運動受到其他軸的約束,形成了一種閉環(huán)運動鏈。Delta機器人使用并行運動學。

  六足機器人是一種平行運動機構,具有六個自由度:X,Y,Z,側傾,俯仰和偏航。
 

六腳機器人(左)是并聯運動的示例,而笛卡爾機器人(右)是串行運動的示例。 圖片來源:Physik Instrumente
六腳機器人(左)是并聯運動的示例,而笛卡爾機器人(右)是串行運動的示例。
圖片來源:Physik Instrumente

  hexapod一詞在拉丁語中的意思是“六英尺”,而六足機器人恰好由六個致動器(也稱為“腿”)組成,這些致動器將固定平臺(通常是基座)與移動平臺(通常是頂部)連接起來。 )。支腿是拉桿式執(zhí)行器,也稱為“棱柱形”執(zhí)行器,可由滾珠絲杠,滾柱絲杠,線性電機甚至壓電設備驅動。球形或萬向節(jié)將執(zhí)行器的末端連接到固定平臺和移動平臺。

  一些制造商和專家將六足動物機器人簡稱為“六足動物”。但是,六足動物一詞也指六足節(jié)肢動物。為避免混淆,我們使用更具體的術語“六腳機器人”。


你知道蝴蝶是六足動物嗎?
圖片來源:Russ Ottens

  六腳架機構的第一個實際應用是在輪胎測試和飛行模擬器設備中,今天它們仍然使用六腳架機器人。但是,六腳架機構也廣泛用于光子學和光學對準,機床設備的定位以及檢查系統(tǒng)。

  六足機器人在多軸系統(tǒng)中是獨一無二的,因為它們允許用戶定義的所有六個運動軸的旋轉中心或樞軸點。 與串行運動機器人(笛卡爾,SCARA或6軸)相比,它們還具有更高的剛度和承載能力,因為它們的致動器或“支腿”共同作用以支撐負載。并行設計還意味著對每個執(zhí)行器的誤差進行平均,而不是像在串行機器人中那樣進行累積。


你知道蝴蝶是六足動物嗎?
圖片來源:Russ Ottens

  由于只有頂部平臺運動(電動機,齒輪箱和其他傳動部件是固定的),因此六腳機器人的慣性要比串行設計低得多,這使其非常適合于具有大負載的高動態(tài)運動,或具有光的亞微米精度負載。從集成的角度來看,六腳機器人更易于調試。控制器通常允許簡單地輸入樞軸點,而六腳機器人通常會放棄伺服調整,因為只有一個移動平臺并且系統(tǒng)固有的剛性很高。如果調整是必需的,所有六軸的參數是相同的,使得調整過程更容易和更快的比串行機器人。

  六足機器人有時被稱為Stewart平臺,但是Stewart平臺最初被定義為在固定或移動平臺(或兩者)上成對連接的執(zhí)行器。

  使用反向運動學分析六足儀設備。換句話說,不是通過致動器運動來確定移動平臺的位移,而是基于平臺的位移來確定致動器運動。由于一組給定的致動器位移會導致40個不同的平臺位置,因此必須進行反向運動學分析,但是每個唯一的平臺位置僅對應一組致動器位移。


Stewart平臺是一種六腳機器人,其執(zhí)行器在固定平臺或移動平臺(或兩者)上成對連接。
圖片來源:Wikipedia.org

  六腳架設備的運動學特性也會引起奇異性,或者平臺無法控制且無法通過固定執(zhí)行器的位移來唯一確定其位置的位置。(在極端情況下,奇異點可能會導致整個系統(tǒng)崩潰。)但是,六足機器人的用戶很少需要處理奇點問題,因為制造商將機器人的工作區(qū)域定義為不包含任何奇點的空間。
 

  ps:“ Stewart平臺”一詞來自D. Stewart先生,他于1965年向英國機械工程師學會提出,將六腳架機構用作飛行模擬器。但是,斯圖爾特先生既不是六足機構的發(fā)明者,也不是第一個將六足機構用于實際應用的人。

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