并联机构6-PRUU的运动学分析研究.pdfVIP

并联机构6-PRUU的运动学分析研究

佘建国;黄府;王明强

【摘要】文中提出了结构合理的6-PRUU并联机构,并对其进行运动学分析研究.

建立了6-PRUU并联机构的位置正解和反解方程,并用数值法进行求解;建立了该机

构的速度、加速度模型与相关的铰链约束模型;在位置分析的基础上采用Matlab

软件进行定姿态下工作空间分析,确定了该并联机构的工作空间边界,将工作空间形

状用可视化形式显示出来,为进一步研究该机构提供了基础与依据.

【期刊名称】《江苏科技大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2010(024)006

【总页数】5页(P568-572)

【关键词】并联机构;位置正解;运动学分析;工作空间

【作者】佘建国;黄府;王明强

【作者单位】江苏科技大学,机械工程学院,江苏,镇江,212003;江苏科技大学,机械工

程学院,江苏,镇江,212003;江苏科技大学,机械工程学院,江苏,镇江,212003

【正文语种】中文

【中图分类】TP242

并联机构的研究可以追溯到19世纪,英国学者Stewart在1965年发表了论文《A

platformwithsixdegreesoffreedom》,人们称文中的平台为Stewart平台.文

献[1]将具有6自由度的Stewart平台机构作为机器人机构．此后,由于并联机构具

有高刚度、高承载能力、高动态性能、高精度、结构紧凑、运动惯性小、反解易求、

实时控制简单等特点,成为国内外学者研究的热点[2-3]，得到不断发展,并且已经投

入到机床、航天器对接、多自由度传感器等生产应用中．

到目前为止,并联机构已经演化出多种不同的结构形式,并且新的结构形式还在不断

被发现和论证[4-5],但是传统的6自由度并联机构仍然是研究的重要内容之一．文

献[6]在Stewart平台的基础上提出了6-PSS并联机构．该并联机构具有结构紧凑、

工作行程大和易实现自锁等优点．文献[7]用螺旋理论对三维移动并联机构的机构

学原理及其自由度机构的主动副位置进行分析．文献[8]提出用构件自身的质心坐

标表示各构件运动的方法对6-SPR机构进行速度和加速度分析．

文中在已有机构6-PSS的基础上,提出结构更为合理的6-PRUU并联机构,对其进

行运动学分析,建立了正解和反解方程,并对正解和反解方程进行数值求解;然后建立

了速度和加速度数学模型;最后在位置反解的基础上基于Matlab软件,采用边界极

限有哪些信誉好的足球投注网站方法进行工作空间分析,得出该机构具有高性能和较大工作空间等结论．

1并联机构6-PRUU的机构改进

传统6-PSS并联机构所采用的球铰的转角范围较小,严重制约动平台转动角度的范

围与工作空间、运动空间的大小,且支链分布形式不利于提高动平台的法线方向的

扭矩承载能力与控制转动精度．故将传统结构中的1个球铰和1个复合球铰优化

成1个转动副和2个虎克铰,支链采用双三角结构分布．

机构的结构如图1,它有1个动平台和1个定平台,动平台和定平台之间由6条支链

连接,6根导轨和定平台垂直且分布在一个圆周上．支链的分解结构及安装形式如

图2,动平台与连杆由虎克铰Ui1连接,连杆与连接件之间由虎克铰Ui2连接,连接件

与滑块间由转动副Ri连接,滑块与导杆间由移动副Pi连接．根据支链运动副类型

和支链数目将这个机构称为6-PRUU并联机构．

图16-PRUU结构

Fig.1Structureof6-PRUU

图2机构支链分解Fig.2Onebranchedchain

传统结构中的球铰和复合球铰之间存在一个局部自由度,经过改进后将这个局部自

由度消除了．文中机构结构形式除具有文献[7]中机构的行程大,结构紧凑等优点外,

由于采用了双三角结构,因此还具有更大的Z′轴扭矩承载能力,适用于铣削和钻孔加

工．

2并联机构6-PRUU的运动分析

2.1建立坐标系

定坐标系O-XYZ设置在定平台上,原点是定平台几何中心O点,Z轴和定平台垂

直,X轴与定平台共面,指向导轨A1与A2的中点．动坐标系O′-X′Y′Z′设定在动平

台上,原点设在动平台的中心点O′上,Z′轴方向垂直于动平台,X′与动平台共面,指向

B1与B2的中心点(图