并联机器人刚度与静力学研究现状与进展.pdf

第42 卷 第5 期 力 学 进 展 Vol. 42 No. 5 2012 年9 月25 日 ADVANCES IN MECHANICS Sep. 25, 2012 并联机器人刚度与静力学研究现状与进展 艾青林 黄伟锋 张洪涛 张立彬 浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室, 浙江省特种装备制造与先进加工技术重点实验室, 杭州 310014 摘 要 并联机器人的刚度与静力学分析 对于机构力学性能研究具有重要的理论价值和意义 本文围绕杆支 撑、绳牵引和钢带传动 种结构形式 详细阐述了国内外并联机构刚度和静力学分析的研究现状 着重从有限 元、解析模型和性能分析 方面分析了杆支撑并联机构的刚度研究进展 讨论了有关绳牵引并联机构中绳拉 力、动载荷频率、绳牵引预紧力与刚度、静力学之间关系的研究成果 根据钢带并联机器人结构的特殊性 对 钢带并联机构的刚度与静力学分析中可能遇到的失稳与振动问题进行了探讨 最后 对并联机器人技术发展 情况进行总结与展望 指出随着刚度分析与静力学分析的不断深入 并联机器人的力学理论将会日趋成熟和完 善 为并联机器人机构优化设计提供更深入、系统的理论依据 关键词 并联机器人 刚度 静力学分析 杆支撑 绳牵引 引 言 作为并联机构研究中必须分析的一项指标. 而在 分析刚度之前, 往往先进行并联机构的静力学分 并联机构与串联机构相比, 具有刚度大、结构 析, 为后续研究作准备. 本文按照杆支撑、绳牵引 稳定、承载能力强、精度高、运动惯性小、运动学 和钢带并联机器人这 3 种机构形式, 对国内外关 反解简单、实时控制性强等特点. 从连接上下平台 于这3 种并联机构的刚度分析和静力学分析的研 的运动链结构形式看, 可把并联机构分为杆支撑 究现状进行了详细阐述, 之后对并联机器人的未 并联机构与绳牵引并联机构. 杆支撑并联机构的 来发展趋势进行了展望. 支撑及传动部件主要是液压缸、普通刚性杆、滚 珠丝杠, 以及其他的一些组合的刚性结构件. 而绳 刚度分析 牵引并联机器人是一种以柔性绳为传动和牵引机 构的并联机构, 绳只能承受拉力, 受力具有单向性. 刚度包括了静刚度和动刚度. 作为一项重要 最近出现一种新型的钢带并联机构 , 其运动链 的性能评价指标, 刚度不仅与机器人机构的拓扑 是横截面具有一定圆弧形状的钢带. 与杆支撑并 结构有关, 还与机构的尺度参数和截面参数密切 联机构相比, 钢带并联机器人的工作空间比同体 相关. 显而易见, 一种由细杆组成的并联机构不一 积的杆支撑并联机构要大得多. 由于钢带质量轻, 定比粗杆构成的串联机构刚度高. 于是, 为设计出 钢带并联机器人的运动速度比杆支撑并联机构快 大刚度的并联机器人, 基于刚度性能分析和设计 得多；与绳牵引并联机构相比, 钢带并联机器人由 的参数优化设计研究至关重要 . 于不用冗余约束控制, 钢带并联机器人运动学分 析和动力学分析及控制较绳牵引并联机构更简单. 杆支撑并联机构