91猫先生

并联式机构介绍

機械系 李德美 助理教授

　　在機器人發展的初期，所有的機器人都是串聯式的機構。這裡所指的串聯式的機構，是指運動鏈是一個開放的運動鏈，也就是說所有的運動桿件並沒有形成一個封閉的結構鏈。相反的，並聯式機構運動桿件確定有形成一個封閉的結構鏈。並聯式機構的概念源自 Bricard，在 1965 年時 Stewart 發表 Steward platform，是六自由度的並聯式設計，後被用來作為飛行模擬器，以便訓練飛行員之駕駛技巧，Steward platform 成為飛行模擬器之標準機構。MacCallion 根據 Steward platform 設計出一並聯式機械手臂，使用於裝配線上，以便達成自動化之目的。此後，Steward platform 被稱為並聯式機器人之始祖。

　　雖然並聯式機器人早在 1965 年已經開始發展，但是他更進一步的研究及發展是十分緩慢。一直到 1983 年 Hunt 提出一不同種類的並聯式機器人，也對於並聯式機器人展開機構分析。並聯式的機構是從兩個自由度到六個自由度的空間機構，並聯機構運動學及動力學的分析非常困難，並會有機構的奇異行為，研究進展一直很少。1985 年 Merlet 使用幾何學分析法後，並聯式的機構運動學工作有迅速的進展。無論是從定位系統、輔助醫療技術手術系統、防振平台、工具機等等聯式機器人之機構，在 80 年有相當廣泛應用發展。

　　并联式机构的优点有高刚性、承受高负载、结构不易弯曲变形、不易有动态误差、低惯性与构造简单等，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，进给轴加速不易导致动态误差，各轴及元件误差累积导致系统整合误差难以下降。并联式机构因為高刚性且构造简单，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。

　　研究並聯式機構所面臨的挑戰 : 1. 工作空間的優化：目前僅以可以算出並聯式的機構工作空間，但因為該工作空間非常複雜而且窄小，如何增加並聯式的機構工作空間是一大挑戰。2. 奇異點的尋求及解析：並聯式的機構在奇異點時接頭受力會急劇增高，而導致馬達扭力不足、接頭及連桿產生變形而破壞。目前可以計算奇異點位置，卻欠缺適當的運動路徑規劃，以避免奇異點位置。3. 空間機構學知識與傳統工具機技術整合不足，相關知識整合及分析是在研究並聯式機構的當務之急。