资源描述：
《欠秩3_UPU并联角台机构工作空间分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第21卷第8期机 械 设 计Vol.21No.82004年8月JOURNALOFMACHINEDESIGNAug.2004X欠秩3-UPU并联角台机构工作空间分析李仕华,黄真,左荣国(燕山大学机械学院,河北秦皇岛 066004)摘要:针对欠秩3-UPU并联角台机构的结构特点,首先找出了该机构的几何约束,在此基础上建立了该机构移动副两端虎克铰平行或垂直布置时的位置反解方程。然后利用该机构的几何约束条件,进一步建立了该机构在两种情况下的工作空间的求解方程,为该机构的应用奠定了一定的基础。关键词:空间并联机构;
2、工作空间;运动分析中图分类号:TH112.1 文献标识码:A 文章编号:1001-2354(2004)08-0035-04 近年来,空间并联机器人已经越来越引起了国内外机器人(支链移动副两端转动副相互平行或垂直)两种布置下的位置学者的关注。并联机器人较串联机器人具有结构刚度大、承载反解方程。能力高、运动精度高、位置反解简单、载荷分布均匀等优点。最1.1 垂直布置时[1]早的、研究较多的也是较成熟的并联机器人是由StewartD于1.1.1 坐标系的建立1965年提出的Stewart平台机构。同时,相
3、对于六自由度的空间该机构的固定件和运动件都是角台,并且在初始位置角台并联机器人,三自由度的空间并联机器人作为少自由度的一个的边长相等。因此该机构也称为立方机构。机构简图如图1。分支具有结构简单,易于加工,适合于不需要六个自由度的场其6个边的边长相等。它的3个分支的任何一个都是由虎克铰合。其中有研究比较多的Hunt提出的3-RPS三自由度并联平U,移动副P和虎克铰U组成的UPU的运动支链。并且上下角台机构。1996年黄真教授又提出了数种新型的三自由度的角台均由3条互相垂直并交于一点的直线构成。台机构,如3-
4、RPS、3-CS、3-PRS、3-RRS、3-UPU、3-PSP[2]等。3-RPS并联平台机构在于靖军的硕士论文中进行了分[3]析;3-RPS并联角台机构在焦有辉的硕士论文中给予了反解[4]分析。该文研究的是其中上面说的其中3-UPU并联空间机器人。3-UPU机构由运动平台、固定平台及连接两平台的三个分支组成。其中每个分支与固定平台相连的运动副是虎克铰(U),与运动平台相连的运动副也是虎克铰(U),两个虎克铰之间用移动副(P)连接,并以此移动副作为机构的驱动部件。工作空间的问题是机器人运动学乃至任何机构
5、运动学中一个十分重要的组成部分。因为要研究一种机构首先应在其图13-UPU并联角台机构简图工作空间中研究,超出其工作空间之外的是没有实际意义的。因为3-UPU并联角台机构的上下角台均是3条直线相互相对于3-RPS并联平台和角台机构的工作空间求解的难点在垂直且相交于一点,这样,固定坐标系O-XYZ的建立很方便,于,3-RPS并联平台和角台机构的几何约束易于寻找和用公式X,Y和Z轴可分别沿固定件上的OP1,OP2和OP3方向。上角台表达,并且是固定不变的。相反3-UPU并联角台机构的几何上的动坐标系D-xyz
6、的建立与之类似,即x,y和z轴的方向分约束不易寻找,而且是在不断变化中。因此给公式的推导和工别沿DB2,DB3和B1D的方向,此坐标系固连在上角台上。作空间的求解带来了很大的困难。在文献[5]的基础上,建立1.1.2 位置反解方程了该机构在两种布置下的位置反解方程和工作空间。设该立方机构的边长为m。由此可得P1,P2和P3在固定坐标系下的坐标为:1 位置反解方程的建立m00P1=0P2=mP3=0(1)对于支链中含双虎克铰的3-UPU并联角台机构,此双虎00m克铰的布置对运动的影响是很大的。若把双虎克铰看
7、成四个B1,B2和B3在动坐标系下的坐标为:转动副串联构成,其中间两个铰相互平行或是相互垂直,机构0m0的运动性质完全不同。下面具体分析3-UPU并联角台机构b1=0b2=0b3=m(2)-m00X收稿日期:2003-11-03;修订日期:2004-02-20基金项目:国家自然科学基金资助项目(50075074)作者简介:李仕华(1966-),男,山东莱西人,副教授,工学硕士,在读博士生,主要从事并联机器人理论与应用。36机 械 设 计 第21卷第8期动坐标系D-xyz相对定
8、坐标系O-XYZ的齐次变换矩阵f1xcosα1+f1ycosβ1+f1zcosγ1=0(10)为:f1x,f1y,f1z是f1的坐标轴方向分量。由OP1与f1垂直得f1x=0。n1o1a1xD建立方程求解,可得:n2o2a2yDf1x=0T=(3)n3o3a3zDcosγ1f1y=±0001cos2β+cos2γ(11)11则有Bi在固定坐标系下的坐标是:cosβ1f1z=º[Bi][bi]cos2β+cos2γ11=[T](
