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1、对四自由度并联机构分析摘要：并联机构（ParallelMechanism，简称PM），可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。机构有串联机构，并联机构，各有其优缺点.关键词：并联机构；四自由度；分析Analysisofanovelfour-degree-of-freedomparallelmechanismAbstract：ParallelMechanismisusuallycalledforshortPM,whichcanbedefinedasthemobileplatformandtheplatformthro
2、ughatleasttwoindependentmovementsofthechainthatcanbeconnected.Agencieshaveseriesmechanisms,parallelmechanism,eachhaveitsadvantagesanddisadvantages.Keywords：parallelmanipulator;4–DOF;analysis并联机构比起传统的串联机器人机构具有更高的刚度,更好的精度和承载能力,被广泛应用到航天器对接装置、雷达定向装置以及虚拟轴高速并联机床等领域,尤其是少自由度并联机器人机构还具有结构简单、控制方便等优点,被很多研究者关注,
3、不断提出各种新型少自由度并联机器人机构并开展相应分析,在这些并联机构中,连接上下平台的支链主要为传统的串联支链,由于杆长约束因素,工作空间较小,无法满足一些特种机器人工作空间大、结构紧凑的要求.由于平行四边形机构具有较好的缩放特性,有学者将其运用到并联机器人机构的结构综合中,Bruno和Jungwon等利用该机构设计了能够获得大工作空间的机器人操作平台,Nao-hiroHara将其应用在飞行机器人的机翼上改善了144%的升力,GrigoreGogu运用该机构设计出了一系列的各向同性的机器人机构,SbastienBriot设计了具有承载能力大、水平和垂直方向具有独立运动的机器人机构。本文作者
4、利用平行四边形及其特殊形状—菱形,演绎出具有大缩放比的平行四边形机构支链和菱形机构支链,通过用菱形机构虚拟轴代替传统串联支链实轴的方法,提出一种具有结构紧凑、工作空间大的新型四自由度并联机器人机构,利用螺旋理论对该机构进行了自由度分析。1菱形机构设计如图1所示,当菱形在运动变形过程中,同一条虚直线上的各点只有沿直线方向上的相对运动.取一个菱形,如图2所示,将其顶点用转动副连接,则此菱形演绎为单菱形运动链.将单菱形运动链C点转动轴与机架相连,得到单菱形机构,如图3所示,其相邻两边绕该点转动,对顶角A点可以实现绕C点的转动和移动,A点与C点之间具有很大的伸缩比,其虚拟轴行程范围为（1）式中；d为
5、菱形机构杆厚,m为菱形机构杆长,为菱形机构等价移动副虚拟轴行程.当时,一般可以忽略d.根据等效替换原理,该单菱形机构可以等效为图4所示的RPR串联支链,而对于图4所示的实际支链,当移动副采用传统的液压或气压驱动时,取缸体长度等于菱形杆长m,则移动副行程范围为（2）由式(1)和式(2)可知菱形机构采用虚拟轴代替传统的实轴,具有较大的伸缩比.当将图2所示单菱形运动链的2、3边延长,可以得到图5所示的菱形放大尺,与此相应得到菱形放大尺机构如图6所示,其虚拟轴行程为（3）较之单菱机构具有更大的缩放比。2新型四自由度并联机构的构型设计根据并联机构组成原理,采用两条支链提供相同的约束,另外两条支链不提供
6、约束的方法,设计了一种新型的非全对称的四自由度并联机器人机构,如图7所示。并联机构由静平台、动平台和4条支链组成,支链与支链采用对称的结构配置,将菱形放大尺机构作为支链主结构,上端通过U副与动平台连接,其U副结构如图8所示,下端通过转动副R与静平台连接.支链Ⅰ与支链Ⅲ同样采用对称结构配置,将单菱形机构作为支链主结构,上端通过独立的U副与动平台连接,其U副结构如图9所示,与下端通过转动副R与静平台连接。根据等效替换原理,支链Ⅰ与支链Ⅲ可以等效为RPRR串联运动支链,运动副配置为RPU;支链Ⅱ与支链Ⅳ可以等效为RRPRRR串联运动支链,运动副配置为R1R2,R2P,R1P,R2R3,由此得到2R
7、PRR-2RRPRRR并联机构等效模型如图10所示.3自由度分析在分析并联机器人机构中,螺旋是一个非常有效的工具.螺旋$可用对偶矢量表示为(s;s0),当螺旋$的两矢量表示为标量时,可用Plcuker坐标(lmn;opq)来表示.如果有两个螺旋$和$r,若它们满足下述条件：则与互为易积。如果螺旋$描述的是刚体的瞬时运动,则螺旋前3个坐标描述的是角速度,后3个坐标描述的刚体上某一点相对参考坐标系原点的瞬时线速度
