6-RSS 型并联机构的工作空间分析与参数优化

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1、第44卷第1期机械工程学报Vol.44No.12008年1月CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJan.2008*6-RSS型并联机构的工作空间分析与参数优化曹永刚张玉茹马运忠(北京航空航天大学机器人研究所北京100083)摘要：以6-RSS型并联机构为研究对象，建立解析形式的反向运动学方程，给出考虑驱动副转角范围、球副转角范围、连杆干涉等约束条件时的反解选取准则，推导出每种约束表达与机构参数间关系，特别是复合球副独特的附加约束表达。基于带约束条件的反向运动学方程，利用三维边界搜索法，绘

2、制并联机构多个定姿态工作空间的截面图和三维实体图。最后以工作空间体积为优化目标，获得结构参数和约束条件对工作空间体积的影响关系曲线，为定量分析影响效果提供解决途径，最终利用全局搜索法得到6-RSS机构的一组最优机构参数，在机构整体尺寸基本不变情况下使工作空间增大60%，达到优化机构参数的目的。关键词：并联机构工作空间分析参数优化中图分类号：TP242WorkspaceAnalysisandParameterOptimizationof6-RSSParallelMechanismCAOYonggangZHANGYuruMAYu

3、nzhong(RoboticsInstitute,BeihangUniversity,Beijing100083)Abstract：Theinversekinematicsofthe6-RSSparallelmechanismisbuilt.Basedontheselectionrulesontherotationaljointfitcorner,sphericaljointfitcornerandparallelbarinterference,whichareapplication-based,therelationshi

4、psbetweenthoserestrictionsandmechanismparametersarededucedinthemathematicfunctions,especiallyforthecompoundsphericaljoint.Theboundaryoftheconstant-orientationworkspaceisdeterminedintermsofcons-trainedinversekinematicsand3Dboundarysearchmethod.Severalconstant-orient

5、ationworkspacesareillustratedbyMATLABsoftware.Theconstrainedoptimizationproblemofworkspacevolumeisestablishedtopresenttheeffectsofparametersontheworkspaceandtooptimizethoseparameterstoobtainthemaximalworkspacevolume,whichisincreased1.6timesasmuchastheoriginalvolume

6、.Keywords：ParallelmechanismWorkspaceanalysisParametersoptimization的位置不同分为两种，一种为两者相互垂直，如图0前言[2][3]1所示，刘辛军等和BONEV等学者对这种机构的工作空间利用几何方法求解得到空间边界曲面；并联机构相比串联机构具有刚度大、承载能力另一种为两者相互平行，该种构型满足本文的应用高、输出精度高、惯性小等优点，在机械工业、航需求，为了减小动平台尺寸，本文将动平台上六个空工业及矿山开采等领域得到广泛应用。并联机构球副，合并为三个复合球副，如图2

7、所示。工作空间定义为：在动平台上设定参考点C(一般为动系原点)在空间可达的所有点集合。在相同整体尺寸下相比串联机构，并联机构的工作空间相对较小。因此如何在整体尺寸有限情况下，优化尺寸参数以[1]期得到更大的工作空间是很有意义的。6-RSS型并联机构，根据驱动副轴线与静平台图16-RSS构型I*国家自然科学基金资助项目(50575011)。20070328收到初稿，20070919收到修改稿20机械工程学报第44卷第1期期图26-RSS构型II图3静、动平台机构尺寸驱动副转角与球副转角范围、连杆干涉等约束SMS=×(2)ii1

8、2条件限制了机构运动学反解的取值范围，从而会影驱动副P点建立坐标系，转动副轴线为x轴，ipi响并联机构工作空间的大小和形状。研究这些机构竖直向上为z轴，则P系到O系的变换矩阵为参数对工作空间的影响程度，并进行优化，即可达pii1O1A。定义驱动副转角θ的零位置与y轴重合。到机构整体尺寸不变