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摘 要：智能化在工业生产中有着十分重要的作用，工艺装备制作的好坏直接决定着生产出产品质量的高低。由于制作工艺步骤繁琐复杂，因此提高工作效率是非常重要的事情。其中的设备中以串联机构和并联机构相结合的机构可以最有效的方式来实现加工过程，智能化极大地提高了工作效率和质量。
关键词：并联机构;模具;加工机器人;六自由度;运动学仿真
在国内、外汽车制造领域中，汽车的零件和车身的加工占着重要的地位。加工机器人已经成为自动化加工零件中的中间力量并有着非常广泛的应用。加工机器人具有快速加工、自动化程度高、工作效率高、加工质量佳等优点。车身模具设计、制造与加工在生产过程中具有十分重要的位置。因此本文在详细了解串并联机构各自特点的基础上，提出了混联加工八自由度机器人。该加工机器人具备串联和并联机构的耦合优势，融合了加工喷枪，能够对大型汽车覆盖件模具进行加工，并且在理想的工作空间内进行加工，从而提高其工作效率和质量。
本文基于这种思想提出基于混联加工八自由度机器人，串并联机构以 6-UPS 并联平台为基础，将并联平台的定平台固定在X-Z轴固定导轨上，同时将二自由度旋转摆动喷头串联固定在并联平台的动平台上，通过串、并联机构的相互组合的方法，使得该机器人最终实现八自由度的加工运动。其中包括6-UPS 并联平台自身的六自由度运动以及旋转摆动喷头的二自由度运动。并联机构的动平台为喷头提供位置平台。六自由度平台由上平台、下平台以及六个支腿组成，上、下平台分别与支腿两端铰接，并联机构定平台通过固定杆滑板与z轴上导轨相连接。
机器人的动平台通过六个相同的分支与定平台相联接，每个分支有一个移动副（即驱动杆）和两个球面副（胡克铰或球铰）。为了描述平台的运动，建立两个坐标系，分别在动、定平台上建立动坐标系 R'：O'--x'y'z和定坐标系 R：O--xyz。通过驱动杆的伸出和缩回运动，动平台可以进行三个旋转自由度和三个平动自由度共六个自由度的运动。
机器人加工工作中形成的运动轨迹，运动轨迹是呈圆锥型螺旋下降的趋势在加工的过程中，使得在加工中可以更好的使模具均匀的填涂，被遗漏的部分稀少，甚至可以达到整体的效果。
本文中在三维实体软件Pro/E，建立三维模型，虚拟样机模型包括三部分：水平和竖直移动的二自由度平台、六自由度并联平台、二自由度旋转摆动喷头。通过以上的分析可以得出并联机构在定姿态下的工作空间。
求解工作空间中，工作运动方程在坐标轴方向上逐渐增量，在逐渐增量的情况下使得动平台能够理想边界范围中工作空间。在步长和仿真时刻的设置中进行仿真计算，由伺服电动机标准来进行运动，所得的运动轨迹曲线为理想工作范围。在动平台的接触点为中心点的位置为喷嘴的安装位置，加工轨迹由喷头的运动和并联机构的运动相结合而产生，定平台的参考点固定不动与地面参考点相重合，由软件自动生成轨迹曲线，并保存结果。
从运动学仿真结果来看，通过对并联平台的动平台进行驱动函数的添加，平台可以按照给定的函数运动，在X、Y 与Z轴方向做一定规律的正弦运动。动平台的数值函数中得到的六个分支杆的位移曲线变化规律进行运动函数变量，在运动过程中的加工运动具有相对距离的变量，可以看出在设定的加工运动过程中轨迹的变化是可以预测出来的，并联定平台提供动力的伸缩杆的运动是具有运动变化的，六个分支杆同时进行驱动也是十分准确的，并联机构虚拟样机模型建立是为喷头运动提供一定的运动自由度，使得其在工作总可以很好的完成加工任务。在没有发生约束冗余的情况下说明机构是合理有效的，完全是可以按照人们的设想去运动工作，从而达到理想的工作空间和提高工作效率。
动平台在驱动函数的变量中得到的六个分支杆的位移曲线变化来带动二自由度喷头运动中的相结合的运动过程中，可以得到动平台中心点速度、加速度变化规律曲线，喷头末端的位移、角度变化曲线。在与模具之间在加工过程中，由于相对距离的变量一定，可以看出在设定的轨迹运动过程中，并联机构动、定平台提供动力的伸缩杆的伸缩量在运动过程中，是相互协作的。六个分支杆同时进行驱动是可靠的，并联平台的虚拟样机模型建立是正确的，在约束冗余没有发生情况下，说明机构是有效的加工机构，完全是可以按照人们的设想去运动工作，提高工作效率。
结束语：
本文利用三維绘图软件PRO/E和仿真软件 SOLIDWORKS 共同对基于混联加工八自由度机器人进行了运动学分析并通过几何法运动学方程的计算进行了研究。在对串并联机构相结合运动下，进行相互耦合优势，并在PRO/E软件中进行三维建模，然后导入 SOLIDWORKS 软件进行运动学仿真，对机器人的工作空间进行分析，并且得到运动过程中并联机构动平台的运动学分析曲线和理想的工作空间。
该机器人由水平、竖直移动平台和六自由度并联机构和二自由度喷头构成。分别可以在水平、竖直上移动，而且六自由度并联机构与二自由度喷头相结合，从而进行多自由度加工运动，在给机构添加了移动驱动、点驱动、转动驱动的情况下，进行运动学仿真分析。然后由几何法得到的该机器人的运动空间与加载了驱动的三维建模加工机器人得到的运动空间进行运动学工作空间相互比较分析。通过对运动学几何方法结果的对比分析，对喷嘴的相互运动轨迹进了相互验证。从而并联机构stewart的运动空间和二自由度喷头的工作运动空间是混联八自由度加工机器人的复合运动空间，通过验证是完全可以达到理想运动空间和提高工作效率的要求。
参考文献：
[1]李延平，朱东波，卢秉恒.汽车覆盖件模具快速制造技术研究[J].汽车工程，2005，27（2）：241-245.
[2]王秀峰，罗宏杰.快速原型制造技术[M].北京.中国轻工业出版社，2001.王运赣.快速模具制造及其应用[J].机械与电子，2003（4）：39-41.
[3]赵继，詹建明，祝佩兴等.机器人超声弹性研磨自由曲面的过程识别与优化[J].机械工程学报，2000，36（1）：71-74.
关键词：并联机构;模具;加工机器人;六自由度;运动学仿真
在国内、外汽车制造领域中，汽车的零件和车身的加工占着重要的地位。加工机器人已经成为自动化加工零件中的中间力量并有着非常广泛的应用。加工机器人具有快速加工、自动化程度高、工作效率高、加工质量佳等优点。车身模具设计、制造与加工在生产过程中具有十分重要的位置。因此本文在详细了解串并联机构各自特点的基础上，提出了混联加工八自由度机器人。该加工机器人具备串联和并联机构的耦合优势，融合了加工喷枪，能够对大型汽车覆盖件模具进行加工，并且在理想的工作空间内进行加工，从而提高其工作效率和质量。
本文基于这种思想提出基于混联加工八自由度机器人，串并联机构以 6-UPS 并联平台为基础，将并联平台的定平台固定在X-Z轴固定导轨上，同时将二自由度旋转摆动喷头串联固定在并联平台的动平台上，通过串、并联机构的相互组合的方法，使得该机器人最终实现八自由度的加工运动。其中包括6-UPS 并联平台自身的六自由度运动以及旋转摆动喷头的二自由度运动。并联机构的动平台为喷头提供位置平台。六自由度平台由上平台、下平台以及六个支腿组成，上、下平台分别与支腿两端铰接，并联机构定平台通过固定杆滑板与z轴上导轨相连接。
机器人的动平台通过六个相同的分支与定平台相联接，每个分支有一个移动副（即驱动杆）和两个球面副（胡克铰或球铰）。为了描述平台的运动，建立两个坐标系，分别在动、定平台上建立动坐标系 R'：O'--x'y'z和定坐标系 R：O--xyz。通过驱动杆的伸出和缩回运动，动平台可以进行三个旋转自由度和三个平动自由度共六个自由度的运动。
机器人加工工作中形成的运动轨迹，运动轨迹是呈圆锥型螺旋下降的趋势在加工的过程中，使得在加工中可以更好的使模具均匀的填涂，被遗漏的部分稀少，甚至可以达到整体的效果。
本文中在三维实体软件Pro/E，建立三维模型，虚拟样机模型包括三部分：水平和竖直移动的二自由度平台、六自由度并联平台、二自由度旋转摆动喷头。通过以上的分析可以得出并联机构在定姿态下的工作空间。
求解工作空间中，工作运动方程在坐标轴方向上逐渐增量，在逐渐增量的情况下使得动平台能够理想边界范围中工作空间。在步长和仿真时刻的设置中进行仿真计算，由伺服电动机标准来进行运动，所得的运动轨迹曲线为理想工作范围。在动平台的接触点为中心点的位置为喷嘴的安装位置，加工轨迹由喷头的运动和并联机构的运动相结合而产生，定平台的参考点固定不动与地面参考点相重合，由软件自动生成轨迹曲线，并保存结果。
从运动学仿真结果来看，通过对并联平台的动平台进行驱动函数的添加，平台可以按照给定的函数运动，在X、Y 与Z轴方向做一定规律的正弦运动。动平台的数值函数中得到的六个分支杆的位移曲线变化规律进行运动函数变量，在运动过程中的加工运动具有相对距离的变量，可以看出在设定的加工运动过程中轨迹的变化是可以预测出来的，并联定平台提供动力的伸缩杆的运动是具有运动变化的，六个分支杆同时进行驱动也是十分准确的，并联机构虚拟样机模型建立是为喷头运动提供一定的运动自由度，使得其在工作总可以很好的完成加工任务。在没有发生约束冗余的情况下说明机构是合理有效的，完全是可以按照人们的设想去运动工作，从而达到理想的工作空间和提高工作效率。
动平台在驱动函数的变量中得到的六个分支杆的位移曲线变化来带动二自由度喷头运动中的相结合的运动过程中，可以得到动平台中心点速度、加速度变化规律曲线，喷头末端的位移、角度变化曲线。在与模具之间在加工过程中，由于相对距离的变量一定，可以看出在设定的轨迹运动过程中，并联机构动、定平台提供动力的伸缩杆的伸缩量在运动过程中，是相互协作的。六个分支杆同时进行驱动是可靠的，并联平台的虚拟样机模型建立是正确的，在约束冗余没有发生情况下，说明机构是有效的加工机构，完全是可以按照人们的设想去运动工作，提高工作效率。
结束语：
本文利用三維绘图软件PRO/E和仿真软件 SOLIDWORKS 共同对基于混联加工八自由度机器人进行了运动学分析并通过几何法运动学方程的计算进行了研究。在对串并联机构相结合运动下，进行相互耦合优势，并在PRO/E软件中进行三维建模，然后导入 SOLIDWORKS 软件进行运动学仿真，对机器人的工作空间进行分析，并且得到运动过程中并联机构动平台的运动学分析曲线和理想的工作空间。
该机器人由水平、竖直移动平台和六自由度并联机构和二自由度喷头构成。分别可以在水平、竖直上移动，而且六自由度并联机构与二自由度喷头相结合，从而进行多自由度加工运动，在给机构添加了移动驱动、点驱动、转动驱动的情况下，进行运动学仿真分析。然后由几何法得到的该机器人的运动空间与加载了驱动的三维建模加工机器人得到的运动空间进行运动学工作空间相互比较分析。通过对运动学几何方法结果的对比分析，对喷嘴的相互运动轨迹进了相互验证。从而并联机构stewart的运动空间和二自由度喷头的工作运动空间是混联八自由度加工机器人的复合运动空间，通过验证是完全可以达到理想运动空间和提高工作效率的要求。
参考文献：
[1]李延平，朱东波，卢秉恒.汽车覆盖件模具快速制造技术研究[J].汽车工程，2005，27（2）：241-245.
[2]王秀峰，罗宏杰.快速原型制造技术[M].北京.中国轻工业出版社，2001.王运赣.快速模具制造及其应用[J].机械与电子，2003（4）：39-41.
[3]赵继，詹建明，祝佩兴等.机器人超声弹性研磨自由曲面的过程识别与优化[J].机械工程学报，2000，36（1）：71-74.