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《并联构型装备的研究进展及若干关键技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、2002年6月中国工程科学Jun.2002第4卷第6期EngineeringScienceVol14No16综合述评并联构型装备的研究进展及若干关键技术汪劲松,李铁民,段广洪(清华大学精密仪器与机械学系,北京100084)[摘要]并联构型装备正处于商品化、产业化的关键时期。文章从结构、应用领域、驱动方式、控制等方面阐述了并联构型装备的研究进展,介绍了国际上的一些主要研究计划,分析了产业化进程中的若干关键技术及其可能的解决方案。[关键词]并联机构;并联构型装备;驱动;控制系统[中图分类号]TH122[文献标识码]A[文章编号]1009-1742(2002)06-0063-08并联构型装
2、备已成为制造业目前的研究热点之年,澳大利亚机构学家Hunt提出并联机构可以应[4]一。与串联构型相比,并联构型具有刚度好、精度用于机器人操作。此后若干年,并联构型装备高、高速和高加速度等特点,众多研究机构和制造的研究进展缓慢,主要是受到计算机和伺服控制技企业都看好其在制造领域的应用前景。目前多种并术的限制,计算6个支链运动的时间和物质花费太联构型装备已经被设计和开发出来,应用的领域涉大。但一些经济实力雄厚的部门已开始使用并联机及机床、机器人、定位装置、娱乐、医疗卫生等。[5,6]构,主要应用于航空、航天等领域。随着计算研究人员正试图开发出在速度、刚度、精度和费用机技术的发展,尤其是计
3、算快速、功能强大的工业等方面更优的并联构型装备,以便在与传统制造装[7]PC出现之后,促进了并联机构的应用和发展。备的竞争中占据更有利的地位。80年代后期,几种基于并联结构的机器人相继出现,它们普遍具有较高的速度和加速度,动态特性1并联构型装备的发展及特点[8]好,在装配行业得到很好的应用。但这种机构结构中包含一个或多个并联机构的机器称为并真正引起轰动是在1994年的芝加哥机床展览会联构型装备。只要是多自由度,驱动器分配在不同上,Giddings&Lewis和Ingersoll分别推出了基于[1]环路上的闭式多环机构均可称为并联机构。并联机构的六足机床,被媒体誉为/机床结构的重[2]
4、关于并联机构最早的文献出现在19世纪末。大革命0、/二十一世纪的数控加工装备0。从此并20世纪中叶,罗马尼亚人Gough采用并联机构设联构型装备一直是制造业的研究热点之一。计了一种六自由度的轮胎测试机(见图1),这种[9~11]这种结构的主要特点是:结构被称为六足结构(Hexapod)。1965年,Stew-1)杆件只受拉压,不受弯曲应力;art将一种并联机构用于飞行模拟器(见图2),它2)刚度高,承载能力与整机质量比大;包含三个支链,每个支链上分别通过一个固定平台3)移动部件质量小,可获得很高的动态特性;[3]上的旋转关节和一个可伸缩连杆来控制。这种4)零件标准化程度高,易于实现模
5、块化设计;机构具有六自由度,被称为Stewart平台。19785)作业空间与机器尺寸比小;[收稿日期]2001-10-29;修回日期2001-12-30[基金项目]国家973重点基础研究资助项目(G1998030607)[作者简介]汪劲松(1964-),男,重庆市人,清华大学教授,博士生导师64中国工程科学第4卷6)灵活性较差,运动平台倾斜角度较小;中机床所占比例最高(见图3)。但在该领域,样7)作业空间存在杆件干涉和奇异位变形危险。机数量远远超过商业用机,比例是7B3。机器人领域的情况则相反,60%已投入实际工业应用,40%是样机。定位装置领域的情况与机床领域类似。图3并联构型装备
6、的应用Fig13Applicationofparallelkinematicsmachines图1Gough的轮胎测试机Fig11TypetestingplatformdesignedbyGough不久前出现了混联结构,也就是机构中至少包含一个串联和一个并联运动机构。这种结构在机器人领域得到广泛应用,约占该领域整个并联装备的40%。从总体上看,混联结构的装备只占整个并联装备的20%左右。同纯并联机构相比,由于末端执行器具有更大的倾斜角度,混联机构的作业空间与机器尺寸比较大,适合需要灵活性较高的环境,但其刚度稍差,所以在对刚度要求很高的机床或定位装置中,纯并联结构的机器占90%以上。图
7、2Stewart平台21111定位装置并联机构在光学和微定位领域Fig12Stewartplatform有很好的应用,主要是发挥其刚度高、运动误差无累积的特点。定位装置一般采用纯并联结构(大多数是基于六足结构的六自由度系统),个别采用平2并联构型装备的研究进展面或混联结构。驱动装置一般采用滚珠丝杠,个别211应用领域[12]需要较小行程的设备采用压电驱动。图4是PI根据德国机床研究所提供的数据,目前大多数[13]公司开发的高精度定位装置F-206,采用定长
