少自由度并联机构探析

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1、万方数据务I违止勺矽似少自由度并联机构探析Lower-mobilityparalleImechanisms于振文，张亚杰YUZhen．wen．ZHANGYa-jie(吉林农业科技学院，吉林132101)摘要：并联机构是一种新型机构，具有传统串联机构无法比拟的优点，是串联机构的补充和扩展，它以轻便灵活、工作空间大等优点受到广大专家学者的高度重视，对于机床技术和机器人技术的发展具有重要推动作用。关键词：并联机构；少自由度；动力学中圈分类号：THl32文献标识码：A文童编号：1009—0134(2011)2(上)一0096-03Do

2、i：10．3969／J．Issrl．1009-0134．2011．2(E)．310引言机器人是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。基于并联机器人的多坐标数控机床研究已成为机器人研究领域以及机床制造领域的研究热点。目前，国内外所推出的各种并联机床大多数都是单纯利用并联机构原理来构造机床。1并联机构的特点和应用并联机构，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，且以并联方式联系在一起来驱动的一种闭环机构。1962年，罗马尼亚人Gough“o采用并联机构设计了一种六自由度

3、的汽车轮胎测试机。1965年，德国Stewartl21发明了六自由度并联机构，并作为飞行模拟器用于对飞行员的模拟训练。澳大利亚著名机构学教授Hunt¨o在1978年提出将六自由度的Stewart平台机构作图1stewan并联机器人机构为机器人机构(如图l所示)。从此推动了并联机器人发展的步伐，从此并联机器人机构被广为关注，20世纪90年代后期成为机器人方面新的研究热点。虽然并联机构组成的形式各不相同，但它们却具有相同的特点。相对于串联机构，并联机构特点如下：1)并联机构具有桁架结构形式，每根杆件所受工作载荷时变形小，结构紧凑，

4、机构整体刚度大；2)并联机器人不需要中间传动系统，因此作为操作终端的动平台质量小，运动起来自然灵活，且运动速度快；3)不论杆件尺寸大小，均具有较好的动态性能；4)并联机构运动学正解复杂，反解却很容易；而串联机构运动学正解容易，反解复杂；5)并联机器人的各个分支机构采用直接驱动，无中间环节的误差累积与及其放大，因而动平台的定位精度高。目前，并联机构被广泛应用于航空工程、机械制造、医疗器械、食品包装、电子等多个领域，典型的应用实例是飞行模拟器和并联结构数控机床。例如：军事领域中的潜艇、坦克驾驶运动模拟器，新一代战斗机的矢量喷管、潜

5、艇以及空间飞行器的对接装置、姿态控制器等；生物医学工程中的细胞操作机器人、可实现细胞的注射和分割；微外科手术机器人；大型射电天文望远镜的姿态调整装置；混联装备等。20世纪90年代以来，并联机构又用于转位装置，并开始用于数控机床，被认为是“彻底改变了100多年来机床的结构配置和运动学原理，并将成为2l世纪新一代机床的范例”H’。2并联机器人研究现状1994年，Giddings＆Lewis公司在美国芝加哥IMTS’94博览会上首次展出了Variax型并联机收稿日期：2010-11-25作者简介：于振文(1963-)，男，吉林农安人

6、，副教授，学士，研究方向为机械设计。【96】第33卷第2期2011-2(上)万方数据床．这是机床结构重大改革的里程碑．引起了世界各国机床研究单位和生产厂家的高度重视”’。目前．国内、外有许多公司和研究单位在研究并联机构机床。如美国的Hexel公司研制的Tornado并联机床．Ingersoll公司研制的HOH-600型卧式布局的六轩井联机床。我国的并联机床研究起步虽然较晚，但成效却报显著。关于并联机器^的研究开发和应用正日益广泛，其中燕山大学是国内最早研究井联机器人的单位之一，1991年，燕山大学黄真教授研制出我国第一台并联机

7、构机器人样机，井在此基础上作了很多井联机器人的理论研究；1994年研制出秉性铰链并联式六自由度机器人误差补偿器。清华大学也是国内最早开始进行并联机床研究的单位之一．从1995年开始进行并联机构机器人的研究，井于1997年12月25日与天津大学台作．共同开发出我国第一台基于Stewart平台机构的大型镗铣粪并联机床原型样机VAMTIY，其中部分理论成果填朴了我国这项领域的空白。中科院沈阳自动化研究所研制出的五坐标并联机床，谈机床正在中科院沈阳自动化研究所进行切削实验以对其性能做进一步的评价”’。东北大学研制的DSX5-70型三杆

8、并联机床是由三自由度的并联机构和两自由度的串联机构混联组成的五自由度并联机床。3少自由度并联机器人少自由度并联机构近年来成为国际机构学和机器^领域研究的热点。少自由度井联机器人是指自由度数为三，四和五的并联机器人，由于自由度较少．较六自由度井联机构结构简单，使用灵活，位置分析