柔顺关节并联机器人设计与实验.pdf

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1、2013年7月农业机械学报第44卷第7期doi：10．6041／j．issn．1000—1298．2013．07．047柔顺关节并联机器人设计与实验水余跃庆崔忠炜赵鑫马兰(北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京100124)摘要：通过实验研究，运用结构参数化方法设计了满足要求的柔顺关节，用以代替传统运动副进行传动，建立了含有柔顺关节的柔顺并联机器人机构，并与控制系统和OPTOTRAK测量系统一起组成实验系统，开展柔顺关节并联机器人动力学建模、分析、设计、规划与控制等方面的系统研究。以3自由度柔顺并联机器人为研究对象，分别对用转动副传动的刚性并联机器

2、人和用柔顺关节传动的柔顺并联机器人进行了实验研究。通过对实验数据的对比分析，各项实验指标相对误差均控制在允许之内，表明在并联机器人中用柔顺关节取代转动副的有效性。关键词：柔顺关节并联机器人设计实验中图分类号：TH112；TP242文献标识码：A文章编号：1000-1298(2013)07-02745DesignandExperimentofParallelRobotwithCompliantJointsYuYueqingCuiZhongweiZhaoXinMaLan(CollegeofMechanicalEngineeringandAppliedElec

3、tronicsTechnology，BeingUniversityofTechnology，Bering100124，China)Abstract：Compliantjointismostlyappliedinthefieldofmicro—operations．Insteadoftraditionalkinematicpairs，compliantjointsweredesignedbyusingmethodofstructuralparameterstosatisfytheexperimentalrequirement，andaparallelrob

4、otwithcompliantjointswasproposed．CombinedwiththecontroluniteandOPTOTRAKmeasurement，theexperimentsystemofa3一DOFcompliantparallelrobotwassetupforthemechanismdynamicsmodeling，analysis，design，planning，andcontrolsystem．Theexperimentalstudyoftheparallelrobotwithcompliantjointswaspresen

5、ted，comparedtothatwithrevolutejoints．Throughcomparativeanalysis，relativeerrorsoftheexperimentalindexwerecontrolledwithintheallowablerange．Theexperimentalresuhshowedthevalidityofcompliantjointsinreplacingthekinematicpairsofparallelrobots．Keywords：CompliantjointParallelrobotDesignE

6、xperiment成运动和力传递及转换的新型机构。近年来，柔引言顺机构的研究和应用取得了重要成果，主要集中在与串联机器人相比，并联机器人具有精度高、刚柔顺机构的结构及运动学分析等理论研究方面，实度大等优点，适合于一些需要高承载、高精度的应用验研究相对较少。而在并联机器人机构方面，文场合。但是，由于其多是通过刚性运动副来传递献[3—6]将柔性铰链用于微操作并联机构中，解决运动和力，在高速、精密等现代机械中存在一些不可了运动副带来的间隙、误差及加工问题，提高了定位避免的问题，如：由运动副带来的间隙、摩擦及冲击，精度。文献[7—11]针对微机械中柔性构件的静力

7、这些问题使得并联机器人的工作性能不能满足现代学、运动学分析与设计进行了深入研究，为进一步提科技的发展要求。而柔顺机构的出现则从机构结构高柔性并联机器人的精度提供了有效方法。赵山的角度为解决这些问题提供了新的思路和途径。杉¨基于伪刚体模型法进行了大变形环形柔性铰柔顺机构是一种利用构件自身的柔性变形来完链的分析与设计；Bernardoni等基于柔性模块提收稿日期：2012—06—21修回日期：2012—09—27}国家自然科学基金资助项目(51175006)作者简介：余跃庆，教授，博士生导师，主要从事机构学及机器人学研究，E—mail：yqyu@bjut．e

8、du．cn第7期余跃庆等：柔顺关节并联机器人设计与实验275出了一种柔性机构的优