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Delta机器人

delta机器人（delta robot）也称为三角式机器人，是工业机器人中的并联式机器人[2]，末端效应器在机器人的最下方，由三个机械臂连接机器人上的万向接头以及末端效应器。主要设计特点是在机械臂上使用平行四边形结构，可以维持末端效应器（英语：Robot end effector）（end effector）的方向。这和史都华平台相反，史都华平台可以调整末端效应器的方向[3]。

Sketchy，可携型绘图delta机器人 [1]

delta机器人常用在工业的检拾及包装作业，delta机器人非常快，有些可以快到每分钟300次动作[4]。

历史

 
巿售的工业机器人，可以捡取及摆放物品

delta机器人是在1980年代初期由瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的雷蒙·克拉威（英语：Reymond Clavel）教授所带领的团队所发明的[5]。他们在参观巧克力工厂后，团队的一名成员希望开发机器人，可以在巧克力上放上果仁糖[6]。开发这种新型机器人的目的是要以非常快的速度处理小型且轻的物体，这也是当时产业的需求之一。

瑞士公司Demaurex在1987年购买了delta机器人的专利，开始制造用在包装产业的delta机器人。雷蒙·克拉威在1991年发表其博士论文Conception d'un robot parallèle rapide à 4 degrés de liberté（设计拥有4个自由度的快速平行机器人）[7] ，雷蒙·克拉威因为在delta机器人上的贡献及发展，在1999年获得了金机器人奖（golden robot award）。ABB也在1999年贩售delta机器人FlexPicker。在1999年底时，Sigpack Systems也开始贩售delta机器人。

哈佛大学微机器人实验室的研究员在2017年时进行delta机器人的微型化（英语：miniaturized），利用压电效应将机器人缩小到　15 mm x 15 mm x 20 mm，重0.43克，可以在七立方公厘的空间内搬运1.3克的物体，精度到5μm，速度到0.45 m/s，加速度215 m/s²，重复作业的频率可以到75 Hz[8]。

设计

 
delta机器人的运动学（绿色的机器臂长度固定，和蓝色的旋转轴之间有90度的夹角
 
过度驱动（Over-actuated）的平面delta机器人

delta机器人是并联式机器人，其中有多个运动链连接机器人的底部以及最下方的末端效应器。delta机器人可以视为空间中的四杆机构[9]。

delta机器人的主要概念是用平行四边形让末端效应器平台的移动维持原移动，只能在X轴、Y轴或Z轴移动，没有转动。

机器人的底部固定在工作区的上方，所有的执行器都安装在底部。从底部开始延伸出三个机器臂，三个机器臂的末端连结到一个小的三角形平台。执行器会让平台往任一方向移动，可能有减速，也可能没有减速（直驱式机构）。

因为执行器安装在机器人的底部，机器臂不需承载执行器本身的重量，因此机器臂可以用轻的复合材料制成。所以delta机器人的惯性很小，可以以高速进行，也可以有很大的加速度。因为所有的机器臂都连到末端效应器，增加机器人的刚性，不过代价是减小了工作范围。

Reymond Clavel（英语：Reymond Clavel）开发的delta机器人有四个自由度[7]，三个平移自由度以及一个转动自由度。其中有第四臂从底部延伸到末端效应器三角形平台的中央，因此有第四个旋转的自由度，是绕其中心点的垂直轴旋转。

目前有以下不同版本的delta机器人：

  • 6个自由度的delta机器人：由发那科开发[10]，有串联的运动机构，有三个旋转自由度以及三个平移自由度。
  • 4个自由度的delta机器人：由Adppt Technology（英语：Adppt Technology）公司开发，有四个平行四边形连到末端效应器平台。
  • Pocket Delta（英语：Pocketdelta robot）：是由瑞士公司Asyril SA开发[11]。是delta机器人的三轴版本，有可挠进给系统，也可以用在其他高速高精度的应用。
  • Delta直驱机构构：3个自由度的delta机器人，其电动机直接连接机器臂。可以有很高的加速度，从30[12]至100G力。
  • Delta Cube：由洛桑联邦理工学院大学实验室LSRO开发，是单体式设计的delta机器人，有弯曲铰链接头，适用于超高精度的应用。
  • 有许多“线性Delta机器人”的配置方式，使用线性致动器来代替机器臂的转动。线性delta机器人的工作范围要比旋转型的要大很多[13][14]

大部份的delta机器人都是旋转型的执行器。已经有垂直型的线性执行器，用在线性delta机器人中，是先进的3D打印机设计[15][16]，和传统的导螺杆3D打印机相比，可以较快的处理较大的工作空间，不过在硬体上的价格高很多。

应用

 
大型的delta型3D列印机[17]

delta机器人的高速特性在包装产业、医疗及制药业[18]都有很好的应用，由于其刚性，delta机器人也可以用在手术中[19]。其他的应用包括在无尘室中针对电子零件的高精度组装[20]。 delta机器人的结构也可以用来制作触觉技术（英语：[Haptic technology]]）的控制器[21]。delta机器人也开始用在3D打印[22]。

参考资料

 
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  1. ^ Sketchy, a home-constructed drawing robot. Jarkman. [2019-07-17]. （原始内容存档于2019-09-27）. 
  2. ^ Bonev, I. Delta Parallel Robot. 2001 [2019-07-17]. （原始内容存档于2019-07-10）. 
  3. ^ Bonev, I. The True Origins of Parallel Robots. [2019-07-17]. （原始内容存档于2019-06-18）. 
  4. ^ Automaton - IEEE Spectrum. spectrum.ieee.org. [2019-07-18]. （原始内容存档于2019-07-17）. 
  5. ^ US 4976582 
  6. ^ Laure-Anne Pessina. Reymond Clavel, creator of the Delta Robot reflects on his career. EPFL. 2012-03-07 [2019-07-17]. （原始内容存档于2018-10-27）. 
  7. ^ 7.0 7.1 Clavel, R. (1991) Conception d'un robot parallèle rapide à 4 degrés de liberté （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Ph.D. Thesis, EPFL, Lausanne, Switzerland
  8. ^ Evan Ackerman. Harvard's milliDelta Robot Is Tiny and Scary Fast. IEEE Spectrum. 2018-01-17 [2019-07-17]. （原始内容存档于2019-07-17）. 
  9. ^ Merlet, J.-P., Parallel Robots, Kluwer Academic Publishers, 2000.
  10. ^ A Survey on Parallel Robots with Delta-like Architecture (PDF). [2019-07-17]. （原始内容存档 (PDF)于2019-07-17）. 
  11. ^ inetis, David Pizzotti >. Asyfeed Pocket - Integrated Flexible Feeding Module - Asyril - Experts in Flexible Feeding Systems. www.asyril.com. [2019-07-17]. （原始内容存档于2019-07-17）. 
  12. ^ Miller, K., "Modeling of Dynamics and Model-Based Control of DELTA Direct-Drive Parallel Robot," Journal of Robotics and Mechatronics, Vol. 17, No. 4, pp. 344-352, 1995.
  13. ^ "Gallery of robots - prof. Reymond Clavel". [2019-07-17]. （原始内容存档于2016-08-03）. 
  14. ^ Reymond CLAVEL. "Robots parallèles" （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  15. ^ Johann Rocholl. Rostock (delta robot 3D printer). Thingiverse. 2012-02-06 [2019-07-17]. （原始内容存档于2019-07-17）. 
  16. ^ Mike Szczys. 3D printing with a delta robot that seems to simplify the concept. 2012-07-13 [2019-07-17]. （原始内容存档于2019-07-17）. 
  17. ^ Hoosier Daddy – The Largest Delta 3D Printer In the World. 3D Printer World (Punchbowl Media). 23 July 2014 [2014-09-28]. （原始内容存档于2014-10-26）. 
  18. ^ Tiwari, Ritu. Intelligent Planning for Mobile Robotics: Algorithmic Approaches Algorithmic Approaches. IGI Global. 30 September 2012: 9– [2019-07-17]. ISBN 978-1-4666-2075-9. （原始内容存档于2019-09-24）. 
  19. ^ Lorenzo Grespan; Paolo Fiorini; Gianluca Colucci. The Route to Patient Safety in Robotic Surgery. Springer. 2018-12-13: 160– [2019-07-17]. ISBN 978-3-030-03020-9. （原始内容存档于2019-09-24）. 
  20. ^ Sukhan Lee; Raúl Suárez; Byung Wook Choi. Frontiers of Assembly and Manufacturing Selected papers from ISAM'09'. Springer Science & Business Media. 2010-09-21: 128– [2019-07-17]. ISBN 978-3-642-14116-4. （原始内容存档于2019-09-24）. 
  21. ^ Sunny Bains. Feeling virtual worlds. 2007-08-08 [2019-07-17]. （原始内容存档于2019-07-17）. 
  22. ^ Jianlong Zhang; Chengyu Sun. Global Design and Local Materialization 15th International Conference, CAAD Futures 2013, Shanghai, China, July 3-5, 2013. Proceedings. Springer. 2013-06-03: 155– [2019-07-17]. ISBN 978-3-642-38974-0. （原始内容存档于2019-09-24）. 
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