隨著科技越來越發(fā)達(dá)，機(jī)器人也逐漸進(jìn)入人們的生活，給生活帶來很大的便利。

機(jī)器人分為串聯(lián)機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)器人和混合機(jī)器人三大類別。其中，并聯(lián)機(jī)器人由一些閉環(huán)運(yùn)動(dòng)鏈組成，有兩種經(jīng)典構(gòu)型：Delta機(jī)器人和Stewart機(jī)器人。

Delta并聯(lián)機(jī)器人在上世紀(jì)90年代才真正引起廣泛注意，具有剛度高、速度快、柔性強(qiáng)、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。在食品、醫(yī)藥、電子等輕工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛，在物料的搬運(yùn)、包裝、分揀等方面有著無可比擬的優(yōu)勢。近年來，隨著在市場中的應(yīng)用日益廣泛，并聯(lián)機(jī)器人已成為工業(yè)機(jī)器人需求增長的新生力量。

目前來看，并聯(lián)機(jī)器人基數(shù)尚小，相較于傳統(tǒng)串聯(lián)機(jī)器人市場，參與的玩家不多，國際企業(yè)包括ABB、發(fā)那科、博力實(shí)、歐姆龍等，中國企業(yè)包括勃肯特、阿童木、華盛控、李群等。高工產(chǎn)研機(jī)器人研究所（GGII）數(shù)據(jù)顯示，2019年，中國市場DELTA銷量4620臺(tái)，同比增長30.14%，其市場產(chǎn)值規(guī)模5.94億元，同比增長12.50%。GGII預(yù)計(jì)，作為工業(yè)機(jī)器人的細(xì)分賽道，Delta并聯(lián)機(jī)器人市場足夠支撐起每年10億級(jí)的市場需求。

相較于Delta機(jī)器人的火熱，Stewart機(jī)器人作為世界上出現(xiàn)的第一種并聯(lián)機(jī)器人，其應(yīng)用場景一直沒有得到充分挖掘。

Stewart機(jī)器人是什么？

Stewart機(jī)器人擁有六自由度，有六條支鏈，每條支鏈的兩端為球副，中間由一移動(dòng)副聯(lián)接兩桿。

Stewart機(jī)器人最初由Gough在1947年發(fā)明，被用于檢測各種載荷條件下的輪胎磨損。將Stewart與Gough聯(lián)系在一起是源于Stewart在1965年發(fā)表的一篇論文中，提及了Gough的工作和這種平臺(tái)的圖像，這篇論文對(duì)并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了重要的影響。基于此，這類構(gòu)型的并聯(lián)機(jī)器人也被稱為Gough-Stewart機(jī)器人。

在學(xué)術(shù)上，Stewart機(jī)器人也是最經(jīng)典的并聯(lián)機(jī)器人構(gòu)型。大學(xué)課本里介紹并聯(lián)機(jī)器人，第一個(gè)例子大多是Stewart機(jī)器人；教材中對(duì)并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算舉例，大多也會(huì)以Stewart機(jī)器人為例，足見Stewart機(jī)器人在并聯(lián)機(jī)器人中的地位。

Stewart機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)顯而易見：

1、重載：這也是并聯(lián)機(jī)構(gòu)普遍的優(yōu)勢，但是Stewart機(jī)器人優(yōu)勢尤其明顯。理由很簡單，它有六條 “腿”，動(dòng)平臺(tái)和負(fù)載的重量被分散到了六條支鏈上。有研究顯示，在具有相同負(fù)載能力的情況下，Stewart機(jī)器人的重量大約是傳統(tǒng)六自由度串聯(lián)機(jī)器人重量的1/20；

2、全自由度：Stewart機(jī)器人擁有完整的六個(gè)自由度，所以其動(dòng)平臺(tái)在工作空間內(nèi)理論上可以完成任意位姿的運(yùn)動(dòng)。

Stewart機(jī)器人由于其構(gòu)型和自由度的特點(diǎn)，也有其先天不足，限制著其進(jìn)一步發(fā)展，其缺點(diǎn)如下：

1、沒有正解解析解：由于其具有六個(gè)自由度和構(gòu)型的特點(diǎn)，現(xiàn)在還沒有求解出其運(yùn)動(dòng)學(xué)正解的解析解，所以其現(xiàn)在很難實(shí)現(xiàn)像Delta機(jī)器人一樣的高精度運(yùn)動(dòng)（delta機(jī)器人可以求解出其運(yùn)動(dòng)學(xué)正解的解析解）；

2、奇異位型復(fù)雜：由于自由度多，Stewart機(jī)器人的奇異位型十分復(fù)雜，現(xiàn)在學(xué)術(shù)界已經(jīng)求解出它的8種奇異位型，其中第8種奇異位型于2004年被求解出來，彼時(shí)距離Stewart發(fā)表的論文已經(jīng)過去了半個(gè)世紀(jì)，也就是說，可能還有奇異位型未被發(fā)現(xiàn)；

3、沒有工作空間的解析解：由于學(xué)術(shù)界還沒有求解出Stewart機(jī)器人的解析解，所以其工作空間也沒有解析解，現(xiàn)在通用的方法是使用蒙特卡洛法搜索。工作空間小原本就是并聯(lián)機(jī)器人的一大缺點(diǎn)，而Stewart機(jī)器人又沒有工作空間解析解，對(duì)于Stewart機(jī)器人的應(yīng)用就更加不利了。

Stewart機(jī)器人的主要“玩家”

正是由于Stewart機(jī)器人的這些優(yōu)缺點(diǎn)，Stewart機(jī)器人常被用于模擬臺(tái)、搖擺臺(tái)領(lǐng)域，例如飛行模擬器、地震模擬臺(tái)、艦船模擬臺(tái)、汽車模擬臺(tái)等；在民用方面的應(yīng)用包括電影座椅等。這類工況一般都希望平臺(tái)有六個(gè)自由度，重載，但是運(yùn)動(dòng)的速度比較低，同時(shí)對(duì)運(yùn)動(dòng)的精度要求不高。

現(xiàn)在國內(nèi)傳統(tǒng)的生產(chǎn)Stewart平臺(tái)相關(guān)產(chǎn)品的企業(yè)主要有天津鼎成、福云天翼、大連瑞新、星光凱明、武漢華之洋等。

天津鼎成高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司，是天津工程機(jī)械研究院全資子公司，由原天工所軍工處于1999年改制而來，隸屬于中國機(jī)械工業(yè)集團(tuán)有限公司，其產(chǎn)品以串聯(lián)搖擺臺(tái)和六自由度并聯(lián)搖擺臺(tái)為主。

大連瑞信搖擺臺(tái)科技有限公司，其前身為哈爾濱工業(yè)大學(xué)流體傳動(dòng)及控制教研室，公司于2001年創(chuàng)建，主營二、三、六自由度并聯(lián)搖擺臺(tái)。

天津福云天翼科技有限公司，是哈爾濱工業(yè)大學(xué)電液伺服仿真及試驗(yàn)系統(tǒng)研究所于2010年創(chuàng)建而成的獨(dú)資公司，主營各種模擬臺(tái)及三、六自由度并聯(lián)搖擺臺(tái)。

北京市星光凱明動(dòng)感仿真模擬器中心，于1999年成立，主營單自由度、二自由度、三自由度、四自由度、六自由度運(yùn)動(dòng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)。

武漢華之洋科技有限公司其前身為七一七研究所光電系統(tǒng)應(yīng)用部,是中國船舶重工集團(tuán)第七一七研究所(HIEO)的控股子公司,創(chuàng)建于2000年，主營二、三、五自由度串聯(lián)和六自由度并聯(lián)搖擺臺(tái)。

綜合來看，現(xiàn)有的搖擺臺(tái)玩家一般發(fā)源于研究所，或者由具備國家軍工背景的企業(yè)衍生而來，這些企業(yè)或長期和軍方打交道，或本身就是國家的軍工企業(yè)，同時(shí)本身也有一定的科研能力，所以有資格，也有能力分享搖擺臺(tái)這塊“蛋糕”。一般的民營機(jī)器人企業(yè)由于沒有上述優(yōu)勢，所以通常不將搖擺臺(tái)作為研發(fā)重點(diǎn)。

新興機(jī)器人企業(yè)的入局

覺察到Stewart機(jī)器人的獨(dú)特優(yōu)勢，現(xiàn)在已經(jīng)有機(jī)器人廠商開始研發(fā)Stewart機(jī)器人，進(jìn)而有可能將其觸手伸向搖擺臺(tái)、模擬臺(tái)領(lǐng)域，與傳統(tǒng)專注于搖擺臺(tái)、模擬臺(tái)的“領(lǐng)跑”企業(yè)競爭。

機(jī)器人企業(yè)最大的優(yōu)勢在于其控制技術(shù)。由于Stewart機(jī)器人使用場景對(duì)精度一般要求不高，運(yùn)動(dòng)較簡單，將傳統(tǒng)的機(jī)器人控制算法、軌跡規(guī)劃算法應(yīng)用到模擬臺(tái)的場景，屬于降維競爭。

另一方面，和傳統(tǒng)的搖擺臺(tái)、模擬臺(tái)企業(yè)相比，機(jī)器人企業(yè)的劣勢也同樣明顯：

1、資質(zhì)問題：相當(dāng)一部分的模擬臺(tái)項(xiàng)目出自于軍方，如果企業(yè)想要投標(biāo)，需要有一定的保密資質(zhì)，而這個(gè)資質(zhì)是相當(dāng)一部分機(jī)器人企業(yè)所不具備的。沒有資質(zhì)，企業(yè)連投標(biāo)的資格都沒有?？墒且坏┏晒ι暾?qǐng)保密資質(zhì)，企業(yè)就需要遵守規(guī)定，例如辦公電腦不能上網(wǎng)等，這樣的條件對(duì)于公司辦公效率是不利的；

2、重載的要求：和Delta機(jī)器人的應(yīng)用場景不同，Stewart機(jī)器人常用于重載的工況，其安裝方式與Delta也不同，它的定平臺(tái)在下，動(dòng)平臺(tái)在上。動(dòng)平臺(tái)上的負(fù)載，可能是一艘軍艦，可能是一架飛機(jī)，也可能是一輛坦克。負(fù)載可能為幾噸、幾十噸甚至上百噸。工況的突然轉(zhuǎn)變，也會(huì)對(duì)公司帶來全新的挑戰(zhàn)；

3、非標(biāo)設(shè)計(jì)的要求：現(xiàn)在做Delta機(jī)器人的企業(yè)，多為研發(fā)出不同型號(hào)的機(jī)器人，然后將不同型號(hào)的機(jī)器人應(yīng)用于不同的場景上。但是搖擺臺(tái)、模擬臺(tái)的每個(gè)項(xiàng)目都不一樣，工況千差萬別，所以很難依靠幾種現(xiàn)有的型號(hào)應(yīng)付不同的項(xiàng)目，需要經(jīng)常針對(duì)不同的項(xiàng)目，對(duì)搖擺臺(tái)進(jìn)行單獨(dú)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、仿真。

而非標(biāo)設(shè)計(jì)最大的難點(diǎn)是：圖紙只會(huì)使用一次，最多兩三次，從成本和時(shí)間上來說，非標(biāo)設(shè)備在生產(chǎn)過程中不允許零件二次制造（與生產(chǎn)線的非標(biāo)設(shè)計(jì)有些類似）。這種經(jīng)常性的機(jī)器人本體的非標(biāo)設(shè)計(jì)要求，也可能會(huì)讓機(jī)器人企業(yè)不太適應(yīng)。

基于上述分析，在資質(zhì)、重載和非標(biāo)三個(gè)不利因素下，現(xiàn)有的Delta企業(yè)如果想進(jìn)軍搖擺臺(tái)領(lǐng)域，更好的方式是與原有成熟的搖擺臺(tái)企業(yè)合作。

但是由于資質(zhì)問題，出現(xiàn)的合作情況更可能是傳統(tǒng)的搖擺臺(tái)企業(yè)占主動(dòng)權(quán)。在合作中，搖擺臺(tái)企業(yè)以自己的資質(zhì)參加投標(biāo)，機(jī)器人企業(yè)作為搖擺臺(tái)企業(yè)的一個(gè)乙方參與其中。在實(shí)際項(xiàng)目中，搖擺臺(tái)企業(yè)負(fù)責(zé)機(jī)械設(shè)計(jì)、鉸點(diǎn)位置確定（機(jī)器人企業(yè)也可參與其中）、加工工藝，而機(jī)器人企業(yè)可以負(fù)責(zé)控制算法、機(jī)器人位置標(biāo)定等工作。

后記

在搖擺臺(tái)領(lǐng)域，將搖擺臺(tái)、模擬臺(tái)稱作機(jī)器人的說法并不常見，但是以Stewart構(gòu)型為基礎(chǔ)的六自由度搖擺臺(tái)能夠滿足機(jī)器人的一切定義，所以它是貨真價(jià)實(shí)的并聯(lián)機(jī)器人，是Delta機(jī)器人的“大哥哥”。

Stewart機(jī)器人的發(fā)明標(biāo)志著并聯(lián)機(jī)器人的誕生；它在軍工，娛樂等方面發(fā)揮著自己的作用，減速器、電動(dòng)缸（液壓缸）、虎克鉸、球鉸和控制器是其核心元器件。也可應(yīng)用于多種的運(yùn)動(dòng)模擬以及高精度定位場所。 Stewart類機(jī)器人用于高鐵行進(jìn)模擬場合。