6-RSS并联机构的运动学、动力学分析.pdf

第1I卷第6期2011年2月 科学技术与工程 V01．11No．6Feb．2011 Science and 1 1671一1815(2011)6-1213—05 TechnologyEngineering @201Sei．Tech．Engng． 6-RSS并联机构的运动学、动力学分析 李坤全1 文睿2康琰1 (河南工程学院机械工程系1，土木工程系2，郑州451191) 摘要以6-RSS并联机构为研究对象，运用D—H方法建立了各支链构件的坐标系。推导了支链的运动学反解的解析方程， 并给出了各个构件的速度、加速度与动平台的速度、加速度的映射关系。然后用牛顿．欧拉方法推导了6-RSS并联机构的动力 学方程，为该类机构的动力学分析奠定了基础。 关键词 6-RSS并联机构牛顿．欧拉方法 动力学 运动学 中图法分类号TP241．2； 文献标志码A 并联机器人是一类全新的机器人，它具有刚度 1．1支链坐标系的定义 大、承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动 6一RSS并联机构由基座、动平台和6个相同结 力性能好、控制容易等一系列优点，因而扩大了整 构的支链组成。每个支链上包含一个转动副和两 个机器人的应用领域。并联机构是复杂的空间多 个球面副，驱动装置安装在与基座相连的转动副 环机构。同串联机构相比，其构件数日倍增，构件 上。动平台的坐标系为P一戈，y，乞，静平台的坐标系 间存在严重偶合关系，从而使得动力学方程相当复 为0．XYZ。由于联接动平台的连杆￡：绕两球面副 杂。而动力学模型是进行动力学分析与综合的基 的连线的转动是一局部自由度，所以等效于6一R，rs 础…，建立动力学模型是进行机构动力性能评价、 机构。支链和基座通过转动副连接，转动副上的定 动力学优化设计及实时控制的必要条件。建立并 长连杆厶通过虎克铰与定长连杆厶连接，定长连 联机构动力学方程的方法有多种，比较常用的有拉 杆如通过球铰与动平台连接，故各支链均具有6个 自由度。图l所示，固定在基座上的转动副的转动 格朗日方法和牛顿．欧拉方法悼qJ，用前者得到的动 为输入运动，动平台的移动和转动为输出运动。由 力学方程形式相对简单整齐；牛顿．欧拉方法建立动 于各支链结构相同，故取任一支链为研究对象，从 力学模型时，虽然推导过程复杂，但概念清晰，模型 中冗余信息少，计算速度快，而且很容易求解各构 件的支反力。故本文将采用牛顿．欧拉方法来建立 6-RSS机构的动力学方程，其一般过程是：首先建立 机构坐标系，然后对机构进行速度、加速度以及受 力分析，最后联立各方程来推导6一RSS并联机构的 动力学方程。 1支链坐标系的定义及其运动学反解 2010年12月9日收到 x 第一墨雩篡，：：兰墨!：，’，河南信阳人，讲师，工学博士研 图l 6一RSs并联机构结构简图 究方向：机器人机构学及控制。 万方数据 1214 科学技术与工程 11卷 基座到动平台，活动构件依次为转动副上的定长连 为6耳，故动平台的位姿可用各关节的变换矩阵表 杆￡。、虎克铰十字叉、定长连杆厶及动平台，若将球 示为 铰等效为3个转动副时，则从下到上依次将各构件 8砟=8器Z砭霉Z霉砭耳 (1) 编号为0，1，…，6。用D—H方法¨1构件的坐标系 同时，动平台位姿也可用齐次矩阵M表示为 如图2所示