Ein paralleler Manipulator ist ein mechanisches System, das mehrere computergesteuerte serielle Ketten verwendet, um eine einzelne Plattform oder einen einzelnen Endeffektor zu unterstützen. Der bekannteste Parallelroboter besteht aus 6 Linearaktuatoren, die eine bewegliche Basis tragen, die für Flugsimulatoren und andere Geräte verwendet wird.
Es wird oft gesagt, dass parallele Roboter härter, schneller und genauer sind als serielle Roboter. Die Fakten sind jedoch viel komplizierter, denn es gibt enorme Unterschiede zwischen parallelen Robotern.
Abschließend kann gesagt werden, dass die meisten mehrachsigen Präzisionspositioniergeräte auf parallelen Robotern basieren, hauptsächlich auf Hexapoden und Stativen. Der Grund für dieses Phänomen hat jedoch wenig mit der Fehlerhäufung von seriellen Robotern zu tun (während die Fehler von parallelen Robotern durchschnittlich sind), sondern eher mit der Steifigkeit des Hexapods und des Stativs.
Diese Systeme werden auch Parallelroboter genannt. Sie sind Knickarmroboter, die einen ähnlichen Mechanismus verwenden, um die Basis des Roboters oder einen oder mehrere Manipulatoren zu bewegen. Ihr"parallel" Der Unterschied zum seriellen Manipulator besteht darin, dass der Endeffektor (oder"Hand") dieser Verbindung (oder"Arm") über einige . damit verbunden ist (normalerweise drei oder sechs) unabhängige parallele Mechanismen auf dem Sockel.
Was hier verwendet wird, ist „parallel“ im topologischen Sinne, nicht „parallel“ im geometrischen Sinne; diese Verbindungen interagieren, aber das bedeutet nicht, dass es sich um parallele Linien handelt.
Design-Merkmale
Im Vergleich zu seriellen Manipulatoren ist jede Kette paralleler Manipulatoren normalerweise kürzer und einfach aufgebaut, sodass sie unnötigen Bewegungen widerstehen kann. Der Positionierungsfehler einer Kette und die Positionierungsfehler anderer Ketten sind durchschnittlich, nicht kumulativ. Bei seriellen Robotern muss sich jeder Aktuator innerhalb seiner eigenen Freiheitsgrade bewegen; Bei parallelen Robotern wird die Flexibilität der Gelenke außerhalb der Achse jedoch auch durch andere Ketten beeinflusst. Es ist diese Closed-Loop-Steifigkeit, die den gesamten Parallelroboter relativ zu seinen Komponenten steif macht, im Gegensatz zur seriellen Kette, die seine Steifigkeit mit zunehmender Anzahl von Komponenten allmählich verringert.
Diese gegenseitige Verstärkung ermöglicht auch einen einfachen Aufbau: Die Stewart-Plattform-Hexapod-Kette verwendet Linearantriebe von prismatischen Gelenken zwischen Kugelgelenken in jeder Achsrichtung. Kugelgelenke sind passiv: Sie bewegen sich einfach frei, ohne Aktuatoren oder Bremsen; ihre Positionen werden durch andere Ketten vollständig eingeschränkt. Der Delta-Roboter verfügt über einen auf einer Basis montierten Drehantrieb, der einen leichten, starren Parallelogrammarm bewegen kann. Der Aktuator wird zwischen den Oberseiten von drei Armen installiert. Ebenso kann es auch auf einem einfachen Kugelgelenk montiert werden. Die statische Darstellung eines Parallelroboters ähnelt in der Regel einem Knickgelenk: Die Pleuel und ihre Aktuatoren spüren nur Zug oder Druck, ohne Biegung oder Drehmoment, was den Einfluss der Flexibilität auf die äußere Kraft der Welle wiederum reduziert.
Ein weiterer Vorteil des Parallel-Manipulators besteht darin, dass die Schwerlastaktuatoren oft auf einer einzigen Grundplattform installiert sind und die Bewegung des Arms nur über die Säulen und Gelenke erfolgt. Diese Reduzierung der Masse entlang des Arms ermöglicht eine leichtere Armstruktur, was zu einem leichteren Aktuator und einer schnelleren Bewegung führt. Diese Massenkonzentration reduziert auch das Gesamtträgheitsmoment des Roboters, was für mobile oder laufende Roboter von Vorteil sein kann.
All diese Eigenschaften verleihen dem Manipulator ein breites Spektrum an Bewegungsmöglichkeiten. Da ihre Aktionsgeschwindigkeit oft eher durch Steifigkeit als durch reine Kraft begrenzt wird, können sie sich im Vergleich zu seriellen Manipulatoren schnell bewegen.
Im Vergleich zu seriellen Manipulatoren erfordern die meisten Roboteranwendungen Steifigkeit. Serienroboter erreichen dies durch den Einsatz hochwertiger Drehgelenke, die Bewegungen auf einer Achse zulassen, aber starr für Bewegungen außerhalb der Achse sind. Jede vom Gelenk zugelassene Bewegung muss auch unter bewusster Kontrolle des Aktuators ausgeführt werden. Eine Bewegung erfordert mehrere Achsen, daher werden viele solcher Gelenke benötigt. Unnötige Flexibilität oder Nachlässigkeit in einem Gelenk kann zu einer ähnlichen Nachlässigkeit im Arm führen: Es gibt keine Möglichkeit, die Bewegung von einem Gelenk zum anderen zu unterstützen. Die unvermeidliche Hysterese und die Flexibilität außerhalb der Achse akkumulieren weiterhin entlang der kinematischen Kette des Arms; Präzisionsarme sind ein Kompromiss zwischen Genauigkeit, Komplexität und Kosten dieser Gelenke.
Im Vergleich zu seriellen Robotern besteht einer der Hauptnachteile paralleler Roboter darin, dass ihr Arbeitsraum begrenzt ist, da ihre Beine kollidieren können und (bei Hexapod-Robotern) jedes Bein fünf passive Gelenke hat und jedes Gelenk seine eigenen mechanischen Grenzen hat. Ein weiterer Nachteil von Parallelrobotern besteht darin, dass sie in singulären Positionen ihre Steifigkeit vollständig verlieren (der Roboter gewinnt unkontrollierbare endliche oder unendliche Freiheitsgrade, er kann schwanken oder sich bewegen). Dies bedeutet, dass die Jacobi-Matrix, die Abbildung vom Gelenkraum in den Euklidischen Raum, singulär wird (der Rang nimmt von 6 ab).
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