基于边界元法的平面运动并联机构静力学解析

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1、第32卷第3期Vol.32,No.32010年5月机器人ROBOTMay,2010DOI：10.3724/SP.J.1218.2010.00384基于边界元法的平面运动并联机构静力学解析黄玉美，韩旭炤，高峰，陈纯，杨新刚（西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西西安710048）摘要：针对混联运动机床开发中所采用的2自由度平面运动并联机构部分进行了深入的研究．介绍了该平面运动并联机构的组成，推导了并联机构的运动学正、逆解求解公式，求解了该机构的被动关节．基于边界元法对该机构的受力情况进行了建模和解

2、析，给出了每个杆件的受力情况．通过ADAMS仿真验证了求解的正确性，为该机构的设计开发奠定了基础．本文的分析方法也为并联机构的静力学解析提供了新的思路和方法．关键词：并联机构；运动学；静力学；边界元法中图分类号：TP242，TH112文献标识码：A文章编号：1002-0446(2010)-03-0384-06StaticsAnalysisonPlanarMovingParallelMechanismBasedonBoundaryElementMethodHUANGYumei，HANXuzhao，G

3、AOFeng，CHENChun，YANGXingang(TheFacultyofMechanicalandPrecisionInstrumentEngineering,Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an710048,China)Abstract:Thispaperpresentsintensiveresearchon2-DOFplanarmovingparallelmechanismduringdevelopinganewtypeofhybridmovingmach

4、inetool.Thecompositionofthisplanarparallelmechanismisintroduced,itsdirectandinversekinematicssolutionformulasarededuced,anditspassivejointissolved.Theforcesactedontheparallelmechanismaremodeledandanalyzedbyboundaryelementmethod(BEM),andtheforcesactedo

5、neverylinkageareformulated.AllthesolutionsarevalidatedbyADAMSsimulation.Itlaysafoundationforthedesignanddevelopmentofthismechanism.Theanalysismethodinthispaperprovidesanewideafortheparallelmechanism’sstaticanalysis.Keywords:parallelmechanism;kinematic

6、s;statics;boundaryelementmethod(BEM)1引言（Introduction）本低和易于控制等优点[6]，并且易于和传统的串联机构相结合形成混联运动机构，使得串并联结构的并联机构具有刚度大、承载能力强、运动惯性[7]优势互补．小和精度高等诸多优点，在机器人及机床研究中引人们对并联机构的研究大多集中在新机构的发起了广泛的重视，特别是并联运动机床的产生使近现、各种构型的运动学分析和开发新的应用领域等两个世纪以来以笛卡儿坐标直线位移为基础的机床方面，而对并联机构的静力学分析方

7、面的研究相对结构的运动学原理发生了根本性的变革[1]．自20世较少[8]．静力学分析是机构分析的必要环节，同时纪90年代美国第一次将并联机构成功运用于机床也是机构运动学分析的延续和刚度分析的基础．尹以来，并联运动机床引起了极大轰动并得到了大力小琴等[8]根据虚功原理求出机构平衡驱动力以及的发展[2-3]．人们通过近20年的探索和实践发现，运动副的约束反力；赵辉等[9]利用机构运动和力之由于受铰链约束、杆长约束、支链干涉和奇异位形间的关系，分析了一个5自由度并联机构的静力学等因素的影响，并联机构的工

8、作空间受到很大限[10]制[4]，而且耦合严重，并联机构的高刚性并没有得平衡问题；周玉林等采用传统的拆杆方法，考到体现，某些情况下甚至低于传统的串联机床[5]．虑构件弹性，利用小变形叠加原理建立机构的变形因此，人们开始在少自由度并联机构方面开展较为协调补充方程，完成了3自由度球面并联机构的静深入的研究．和6自由度并联机构相比，少自由度力学分析．现有的研究尚不能把并联机构作为一个并联机构具有结构简单、正逆解求解容易、制造成机械系统为机构设计提供比较完整实用的力学信基金项目：国家973