5-U (P)S(P)RPU冗余驱动并联机床完整刚度模型及其刚度特性.pdf

第23卷第4期 光学精密工程 V01．23No．4 andPrecision 2015年4月 Optics Engineering Apr．2015 文章编号1004—924X(2015)04—1070—11 5一U PS／PRPU冗余驱动并联机床 完整刚度模型及其刚度特性 周 鑫，许允斗，姚建涛，郑魁敬，赵永生。 (1．燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室，河北秦皇岛006004； 2．燕山大学先进锻压成型技术与科学教育部重点实验室，河北秦皇岛066004) 摘要：基于全雅可比矩阵和虚功原理建立了5一UPS／PRPU冗余驱动并联机床的完整刚度模型。首先基于螺旋理论推 导出约束分支中的约束雅可比矩阵I然后锁定分支中的主动副并利用互易积原理求得驱动雅可比矩阵，最后提出了冗余 驱动雅可比矩阵。利用约束力、驱动力和冗余驱动力与外力的映射关系，结合虚功原理，得到系统整体刚度矩阵。考虑 虎克铰、轴承等传动部件的轴向变形对分支轴向刚度的影响．构造了各个分支的轴向刚度模型。借助激光跟踪仪对所建 立的刚度模型进行了实验测试。结果表明；该刚度模型的误差为2％～5％，验证了理论分析的可靠性。在此基础上，以 机床的线刚度和角刚度的最小值为刚度性能指标，分析了其在工作空间内的分布情况。分析显示：机床线刚度的最小值 主要分布在y轴两侧．角刚度的最小值则主要分布在一0．05≤#≤0．05m和一0．11≤y≤一0．05ITI，因此，在进行并联机 床工具规划时应该尽量避免该区域。文中内容可为并联机床刀具运动轨迹的优化提供参考依据。 关 键词：并联机床；冗余驱动；完整刚度模型}最小刚度分布 中图分类号：TG659文献标识码：A doi：10．3788／OPE1070 stiffness modelandstiffness Complete performance of5-U actuat machinetool PS／PRPU redundantlyparallel ZHOUXin，XUYun—dou，YAO Jian—tao，ZHENGKui—jing，Zhao Yong—sheng‘ RobotandMechatronic (1．Parallel HebeiProvince， SystemLaboratory of Yanshan 066004，China； University，Qinhuangdao Advanced and 2．KeyLaboratoryof ForgingStampingTechnology Sciencethe Education，Yanshan 066004，China) of Ministryof