新型3-CRPu純平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人設(shè)計(jì)及分析.pdf

1、少自由度并聯(lián)機(jī)器人不僅具有6自由度機(jī)器人的大多數(shù)優(yōu)點(diǎn)，如剛度大、精度高、承載能力強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)慣性較小、響應(yīng)速度快，而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)學(xué)解簡(jiǎn)單、制造成本低、控制較為容易等特點(diǎn)，因此少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)已成為機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)器人領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)，而3自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)又是受到關(guān)注較多的一類。
　　本文提出一種新型3-CRPu純平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由定平臺(tái)，動(dòng)平臺(tái)以及連接定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)的三條完全相同的分支運(yùn)動(dòng)支鏈組成；每條分支運(yùn)動(dòng)支鏈均由一個(gè)

2、圓柱副、一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)平行四邊形結(jié)構(gòu)組成，其中平行四邊形結(jié)構(gòu)由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和兩個(gè)球副構(gòu)成；同一分支運(yùn)動(dòng)支鏈中的圓柱副和轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行。
　　基于螺旋理論分析了3-CRPu并聯(lián)機(jī)器人的自由度；分別以機(jī)構(gòu)中3個(gè)圓柱副的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和移動(dòng)自由度作為主動(dòng)輸入，推導(dǎo)出兩種輸入方式下機(jī)構(gòu)的位置、速度、加速度的正、逆解；討論了機(jī)構(gòu)的工作空間、奇異性和靈巧性。值得注意的是，當(dāng)主動(dòng)輸入為移動(dòng)自由度時(shí)，機(jī)構(gòu)速度雅可比矩陣為3×3階單位陣，在整個(gè)工作

3、空間內(nèi)其條件數(shù)恒等于1，故機(jī)構(gòu)沿各個(gè)方向具有相同的運(yùn)動(dòng)和力學(xué)性能，即此種輸入下機(jī)構(gòu)為完全各向同性并聯(lián)機(jī)構(gòu)。依據(jù)分析結(jié)果可知，選取三個(gè)圓柱副的移動(dòng)自由度作為主動(dòng)輸入較為合適。另外，基于給定工作空間對(duì)3-CRPu并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)進(jìn)行了尺度綜合。
　　本文應(yīng)用基于 Pro/E軟件的自頂向下設(shè)計(jì)方法和廣義模塊化設(shè)計(jì)方法，建立3-CRPu純平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人虛擬樣機(jī)模型。基于虛擬樣機(jī)對(duì)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)進(jìn)行正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，驗(yàn)證了理論推導(dǎo)的正確性