1.1目的及意义

随着人力劳动成本不断提升，以机器人代替人类工作的需求日益增强 。机器人一方面能够快速准确的完成重复性的高标准工作，另一方面还可以在人类生产力难以完成的极端环境或高精要求的任务中得到应用，实现人类产能大幅度的延伸，在生产线中的应用越来越普遍^[1]。应用于工业生产的机器人最早出现在汽车制造领域，但技术发展至今，机器人的应用早已不局限于某个领域。现代工业的很多方面都有机器人的身影，如焊接、码放、搬运、喷涂、装配、清洁等领域。

机器人在分拣生产线中的使用装备不断普及，随着目标识别技术（如机器视觉）的发展，具有目标识别能力的机器人分拣生产线得到广泛应用。目前装配与分解生产线上的机器人，主要包括串联和并联式机器人两种类型 ，其中串联机器人的结构由开链式分布，末端机构与底座通过单个运动支链上多个关节依次链接。由于所有的驱动关节都分布在该单个支链上运动空间较大，但同时也增大了误差的累积效应限制了末端的定位精度，同时机构降低的刚度和负载能力也进一步的限制其实际生产中的应用性能。相对于串联机器人，并联机器人具有多个并列的运动支链将静平台与末端执行器相连接，并且结构的末端具有两个以上空间自由度以并联方式驱动，因此具有负载能力相对较大、动态响应迅速、稳定性强、运动耦合相对要低等优点。基于这些优势，并联机器人主要应用于3D打印、高精密机床、高速分拣、游戏平台等速度大、精度高、大负载等尖端领域，具有很高的应用价值。

然而我国对于并联机器人的研究相对滞后，很多研究机构虽然进行了相关的开发并设计了多种实验机，但是市场化的产品不多，目前国内的生产线上所应用的分拣并联机器人基本上依靠进口产品。

一方面采用并联机器人的分解生产线可有效地提高工作效率，大幅度节约人力成本以及劳动强度，另一方面机器人的使用可提高分拣中的拾取精度和增加拾取目标的多样性，极大的扩展分拣生产线的应用。然而其高投入、维护困难，成为大多数企业对其在生产线中引进的主要障碍。在国内，一方面大规模产品化的并联机器人产业还没有形成；另一方面市场上奇缺应用于高负载高速环境中的并联机器人，因此急需我们开发自己的产品，并将其市场化。

在研究并联机器人的过程中，对其进行运动仿真是一个必不可少的环节。它能够在设计时预测机构的性能并进行优化，及时地发现设计中不合理的甚至是错误的设计，有效地提高设计效率和质量。本次设计中采用IRAI机电一体化中的Virtual Universe Pro软件进行仿真研究。VIRTUAL UNIVERSE PRO 能够在3d环境下进行带有物理属性的仿真，仿真的对象可以从库里调用，然后组建，也可以直接导入通过CAD软件建立的三维模型。支持的3D软件有：Solidworks,Inventor, Catia, Solid Edge等，主流的3D文件格式有：3DXML, 3DS, OBJ等。用户可以对仿真对象自由地定义动作，配置I/O端口。控制端可以选择直接在Virtual Universe Pro中进行编程控制，或者可以以Automgen为控制器进行控制，同时支持外部PLC，各种品牌PLC都能进行通讯，除此以外还可以用单片机进行控制。同时包含了人机交互界面，电工电子，气压液压图表的生成。

使用IRAI进行仿真的优势：在已有实体模型的情况下，在对实体模型进行编程控制之前，为了保证设备以及人员安全，可以先利用仿真模型验证，可以避免意外状况带来的损失，同时，在没有实体设备的情况下，可以先通过三维建模与仿真，验证方案可行性以及实际生产的合理性，可以大幅度减少成本及生产周期。Virtual Universe Pro侧重于被仿真对象的真实性以及可编辑性---其对于CAD建模的支持是尤其突出的一个功能，在这一平台，用户可以完全根据自己的需求或者设计思路来建设自己的仿真系统，这让传统的PC仿真显得不再单调且更具实际意义。

1.2国内外研究现状分析

20 世纪 80 年代起，Delta 机器人不断改进出多种衍生类型^[2]．Clavel 先后提出了将外转动副改为移动副的3种变异形式，呈现出机构设计的灵活性；同时，为方便操作可在动平台与静平台间加装伸缩性转轴。Tsai用虎克铰代替球铰以简化机构；Pierrot等人将 Delta 改进为6支链的Hexa 高速机械手^[3]。这类均受 Delta 机构启发，具有相似结构和运动方式的机器人通常可称作类 Delta 系列机器人（Delta-like manipulator，DLM)。21世纪以来，Delta 系列机器人更呈现出高速、高精度、灵活性等发展．Pierrot团队相继发明4支链的H4、I4、Heli4 以及 Par4 等机构，其中Par4的工业加速度达12g，实验加速度达20g。Miller通过改变电机驱动方向有效增大了工作空间，提高了性能，实验加速度高达 50g。黄田等则将Delta 机构简化为平面机构 Diamond，更加易于控制，抓取动作120次／分。近几年来，工业需求刺激与专利保护解限、柔体动力学的发展与轻量化结构应用、虚拟平台与多领域新技术等使得 Delta 系列机器人更加成为研究热点．各国研究机构如瑞士EPFL 大学、法国LIRMM-CNRS 实验室、加拿大滑铁卢大学及 Aemk 公司、ABB 机器人公司等 ，国内的中国科学院沈阳自动化所、清华大学、天津大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、东北大学等 ，均开展了大量研究，并呈现出新的发展趋势。