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学兔兔 l造 lI8 化 3SPS+IPS四自由度并联仿生平台运动学分析 Kinematics of a 4·D0F 3SPS+1 PS bionic paralleI test piatform 于敬利，程 刚，顾 伟 YU Jing．1i。CHENG Gang。GU Wei (中国矿业大学 机电学院，徐州221116) 摘 要：针对3SPS+I PS对称型并联仿生平台，利用螺旋理论对其进行自由度分析得出该机构具有三转 一 平4个自由度，当平动自由度固定时可用于模拟人体髋关节的三维运动。基于四元数法建立 了机构位姿运动方程。以四元数描述机构运动特性，避免了欧拉角描述刚体位姿存在的奇异 问题。将髋关节运动曲线作为机构输出运动，基于逆运动学模型仿真出各驱动支链位移变化 曲线为平滑曲线，说明该机构在模拟髋关节运动时其驱动支链易于控制。 关键词：四元数；自由度；并联平台；运动学 中图分类号：TH11 2 文献标识码：B 文章编号；1 009—01 34(201 2)02(上)一0003—02 Doi：1 0．3969／J．issn．1 009-01 34．201 2．2(I-)．02 0 引言 3SPS+1PS并联仿生平台由3个SPS型和1个 并联机构具有多自由度、结构简单、大承载 PS型直线驱动杆件、动平台m及定平台B构成。 力及易于控制等优点，被广泛应用。本文提出的 图l(a)所示为其拓扑结构图，m、B上三个球铰点 3SPS+1PS并联仿生平台可作为人工髋关节运动 ai(i=l，2，3)和Ai(i=l，2，3)构成正三角形，建立坐标系 ● O O 0 O 模拟试验机。运动学分析是机构分析基础，主要 O—XYZ及O—xyz。SPS型杆用球副连接m、B，PS型 0 O 0 0 有解析法、数值法、神经网络法、传感器测量法 上端由球副连接于点O，下端垂直固定于点O。为 ● 『_ 等。路懿uJ用解析法解出一种四自由度并联机构运 了该机构自由度及运动学分析，构造了图1(b)所示 动学；赵口 提出自然坐标法；程H 用螺旋理论对并 模拟机构。 联机构进行运动学分析。 图1(b)所示参考坐标系O-XYZ，由于该机 本文首先利用螺旋理论分析3SPS+IPS并联仿 构支链空间对称分布，文献【5】已证实SPS型杆 生试验平台的自由度；其次基于四元数描述了该机 Aia (i_1，2，3)对m不提供约束。故仅考虑PS型杆建 构位姿，并对各驱动支链运动学性能进行了数值仿 立旋量系： 真分析，为该机构