面向传统食品包装行业设备升级与改造的行业需求,采用并联机器人、机器视觉、运动控制、伺服驱动等先进技术,研发面向食品高速分拣与包装的高速轻型并联机器人,以提高生产效率、降低劳动强度、保证食品卫生安全,已成为机器人行业的一种发展趋势。论文结合课题组承担的国家重点研发计划课题,分析食品分拣包装的实际需求,开展高速轻型并联机器人的机构分析、轨迹规划与实验研究:1.借鉴Adept的Quattro系列并联机器人构型,提出本论文高速轻型并联机器人的设计方案,机器人由动平台、静平台、主动臂、从动臂以及末端执行器等组成,机器人驱动采用高性能的伺服电机和谐波减速器,主、从动臂采用轻型的碳纤维,实现机器人末端的高速、高精度的四自由度运动。2.建立了并联机构的数学模型,推导了机器人的正解与反解表达式。详细分析了影响机器人工作空间的主要因素,采用极限坐标搜索法,完成机器人工作空间的优化,确定了机器人的结构尺寸,建立了机器人的三维模型,并完成机器人的CAD出图。3.在并联机器人轨迹规划方面,详细介绍了高速并联机器人的运动几何路径,得出高速轻型并联机器人是门型路径。基于门型路径基础上,采用了五次B样条曲线方法对高速并联机器人的轨迹进行规划,得出最能代表B样条曲线的性能参数。并且分别对拉梅曲线、分段多项式曲线进行验算仿真,优化了并联机器人运动轨迹。4.基于VC编程环境,编制高速轻型并联机器人运动控制软件,在高速轻型并联机器人实验样机上进行实验研究,在实验样机上分别进行拉梅曲线、分段多项式曲线和五次B样条曲线的残余振动、速度与时间关系及加加速度与时间的关系。得出采用五次B样条曲线方法规划的高速并联机器人的轨迹光滑且最优。