2PPPPS-R-2PPPPS串并联机构动力学与静力学分析.pdfVIP

第25卷第 期 机 械 设 计 V01．25 No．4 2 0 0 8年4月 JOURNAL OF MACHINE DESIGN Apr． 20O8 2PPPPS—R一2PPPPS串并联机构动力学与静力学分析 罗建国 ，何茂艳 ，陆震2，黄真 (1．华北科技学院，北京 101601；2．北京航空航天大学，北京 100083；3．燕ttt：~ ，河北秦皇岛 O66004) 摘要：通过建立动力学方程和欧拉方程，对全新结构的2PPPPs—R一2PPPPs串并联机构整体各铰点处的受力状况 进行了全面分析，已知机构在给定空间位置和姿态下输出端的受力、主轴的运动参数、连杆的运动参数、水平和垂直运动 滑块的运动参数时，可以方向求解机构的动力学反解；已知机构在给定空间位置和姿态下的输出端力螺旋时，利用多刚 体力螺旋理论来反向求解输入各铰点处的力螺旋，从而得到机构静力学分析的反向解，通过计算机语言编程计算和绘图 得到直观有效的结果数据。 关键词：串并联机器人；动力学；静力学；反解；力螺旋 中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1001—2354(2008)04—0032—07 串联机器人的运动关节顺次连接可使得传动链较长，但关 出直观的分析计算结果。 节累计误差较大；由于机器人串联连杆数量的增加使得末端执 行件的承载能力下降，机器人的稳定性下降 。但是其运动学 正解求解简单；各关节运动耦合度较小，控制简单，各轴分别通 过笛卡尔坐标系进行控制，调节与校正相对简单和成熟；机器 人工作空间与机床所占空间相比较大；串联机器人制造复杂， 成本较高。并联机器人具有刚度高、承载能力大、结构紧凑、位 置精度高等优点 ，与串联机器人形成互补。但是其运动学正 解求解复杂，运动支链易出现耦合，工作空间相对较小，在现实 的生产活动中的应用却较少。 基于前述串联机器人和并联机器人各自的优缺点而构造 的2PPPPS—R一2PPPPS串并联结构机器人，如图1所示，其具 有串联机器人工作空间大，运动关节控制简单的优点 J，同时 还具备并联机器人刚度高、承载能力强，运动精度高等优点。 图1 串并联机构及其空间受力示意图 它有4根垂直固定导轨，每根导轨上均有一垂直运动滑块，该4 个垂直运动滑块上固定连接两平行水平运动导轨，各水平运动 1 动力学分析 导轨上有两水平运动滑块，这4个水平运动滑块上固定连接两 平行水平运动导轨，后两根水平运动导轨与之前的两根水平运 当已知机构各铰点在空间的位置及输出主轴在空间的姿 动导轨垂直，且后两根导轨上各具有两水平运动滑块，这4个 态，如图1所示时，机构输出主轴末端所受到的力和力矩可表 滑块分别与4根铅垂方向的可伸缩杆固定连接，各伸缩杆下端 示为空间力F与以其为回转轴线的力矩 ，依据牛顿运动学定 通过一球铰与动平台连接，交叉方向的两球铰之间通过一固定 律和欧拉方程 ，对图1所示的机构进行动力学反向求解 ， 长度杆连接，该两杆中有一根与输出主轴固定连接，另一根通 即已知输出主轴在空间的位置和姿态，以及输出主轴的运动状 过转动副与输出主轴连接，且该两杆相交于输出主轴中心，并 况，各连杆、水平运动和垂直运动滑块的有关运动参数时，通过 处于同一平面上，输出主轴内有一水平安装的球轴承，使得安 对机构进行分解，建立局部的动力学和