气动机械手是机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳可靠、不污染工作环境等优点。在要求工作环境洁净、工作负载较小、自动生产的设备和生产线上应用广泛，它能按照预定的控制程序动作。图12一13为一种简单的可移动式气动机械手的结构示意图。它由A、B、C、D四个气缸组成，能实现手指夹持、手臂伸缩、立柱升降、回转4个动作。
运动学求解是运动学问题的一个重要方面，并联机器人运动学主要研宄机构位移、 速度、加速度甚至加加速度与时间的关系问题。一般情况下，由于并联机器人的运动学 正解具有多解性，所以并联机器人的正解求解比较困难，而并联机器人逆解求解相对比 较容易。]^〇八仿6等[3()]提出采用Newton-Raphson方法求出了 Stewart并联机构的运动学 正解。Boudreau等[31]通过遗传算法求解并联机构的运动学正解。SerdarKucuk[32]采用粒 子群算法对3-RRR并联机构进行了运动学分析。XinhuaZhao等采用并联机构动平台 速度方向的方法求解运动学正解。姜虹等[34]提出采用位置反解迭代法求解运动学正解。 陈学生等[35]采用神经网络与误差补偿的方法求解6-SPS并联机器人的运动学正解。
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动力学主要研宄物体运动和受力的关系，与运动学类似，机器人动力学主要解决动 力学正问题和逆问题。动力学正问题是指根据关节力矩或力求解操作臂关节的位移、速 度、加速度，动力学逆问题是指根据操作臂关节的位移、速度、加速度求解所需的关节 力矩或力。
轨迹规划是机器人运动控制的基础，轨迹规划的结果直接影响机器人工作过程中控 制系统的稳定性及其可靠性。合理的轨迹规划能够使机器人顺利完成空间复杂的轨迹曲 线，并准确、快速、平稳的到达指定位置，因此，机器人的轨迹规划算法研宄具有重要 的理论意义和工程价值。
研究发现，在机器人的轨迹规划中加入动力学模型进行轨迹优化，得到的运动控制 拟合曲线能够极大地提高机器人的运行速度和稳定性。由于运动学与动力学模型相结合 的轨迹规划是基于理想系统模型的分析，所以不会增加系统的硬件成本，它是快速、高 效提高系统性能的一个有效手段，在Delta机器人的轨迹规划中，将会把动力学模型加 入到轨迹规划中来。
现代机构的创新性决定了机械产品的创新性，机构学的研宄对于提高相关机械产品 的设计和国际竞争力有着非常重要的意义，现代机构设计的新理论和新方法、特殊功能 的机构设计理论以及应用关键技术、微操作和微尺度机械的机构学、机构与机器人动力 学、新型移动与操作机器人、仿人与仿生机器人和微纳机器人在现代机械产品的设计中扮演着越来越重要的角色。因此，加大对以上机构学领域的研宄是机构学的发展趋势[24]。
本章将对Delta机器人机构学、运动学和动力学进行深入分析，其中机构学研宄中 主要介绍该机器人的结构特点、工作原理及其设计理念，与此同时，对机器人的工作空 间和奇异位形进行理论上的分析。
为了更好地对关节空间轨迹规划和工作空间轨迹规划拟合曲线进行分析，对两种轨 迹规划方法得到的Delta机器人工作空间整体拟合曲线进行对比如图3-19所示，红色实 线和绿色虚线分别表示工作空间和关节空间轨迹规划得到的工作空间拟合曲线，图（a) 为工作空间内的整体位移曲线图，图（b)为末端执行器水平转运阶段位移曲线放大图，由图可知，利用关节空间轨迹规划方法得到的拟合曲线在水平转运阶段y轴方向的抖动大约为9mm，抖动的主要原因有两方面：第一，在关节空间轨迹规划中，对拐弯半径控 制点进行调整，以减小Delta机器人末端执行器抓取和释放物体的竖直运行阶段x轴方 向的抖动，但是，增加了水平转运阶段y轴方向的抖动；第二，在关节空间轨迹规划中， 选取的工作空间关键点不对称。图（c)、（d)为Delta机器人末端执行器抓取和释放物 体的竖直运行阶段放大图，由图可知，关节空间轨迹规划方法得到的拟合曲线在x轴方 向分别有0.6mm、0.8mm的轻微抖动。工作空间轨迹规划方法得到的拟合曲线在X、j 轴方向没有抖动，结合图3-12和3-16可知，利用工作空间轨迹规划方法得到的工作空 间拟合曲线明显好于利用关节空间轨迹规划方法得到的工作空间拟合曲线。
由于Delta机器人使用的直驱力矩电机精度较高，其旋转编码器的精度高达 405000c〇Unt, —般的伺服驱动器难以达到如此高的控制精度，Copley驱动器是使用成熟 的一类高性能驱动器，其交流伺服驱动器体积紧凑、输出功率大并满足所需的高精度控 制要求，所以选择了 Copley交流伺服驱动器对高精度直驱力矩电机进行PID控制。