3-DOF转动柔索驱动风洞机构的力雅可比矩阵

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1、第43卷第1期2011年2月南京航JournalofNanjing空航天大学学报UniversityofAeronautics&AstronauticsV01．43No．1Feb．20103-DOF转动柔索驱动风洞机构的力雅可比矩阵姚(1．南京航空航天大学航空宇航学院，南京裕1吴洪涛2，210016；2．南京航空航天大学机电学院，南京，210016)摘要：简要概述了柔索牵引并联机器人在国内外的研究和发展现状，提出一种新颖的基于5椎柔索牵引并联机器人的三自由度转动角度机构及测力一体化风洞试验装置。应用并联机构基本理论研究了机构的运动学逆解。依据空间解析几何理论，直接推导出在各柔索安装单分量

2、力传感器时模型的感、测力变换雅可比矩阵。最后给出了数值算例，验证了该装置应用于风洞测力试验的有效性，为该测力装置应用于风洞试验奠定了基础。关键词：3一DoF转动；柔索驱动并联机构；风洞；运动学逆解；力雅可比矩阵中图分类号：V211．752文献标识码：A文章编号：1005—2615(2011)01—0075—04ForceJacobianMatrixfor3—-DOFCable--DrivenMechanismwithRotationinWindTunnelYaoYul，WuHongta02(1．CollegeofAerospaceEngineering，NanjingUniversity

3、ofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China；2．CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Anoverviewofresearchoncable—drivenparallelrobotathomeandabroadiSsummarized，andthenanovelintegrativewindtunneltestingequipmentispr

4、esentedbasedonfivecables—drivenparallelrobotforaccomplishing3-DOFrotationandforcemeasurementforthetestingmodelsimultaneously．In—versekinematicsoftheanglemechanismisanalyzedaccordingtothefundamentaltheoryoftheparallelmechanism．Byusingthetheoryofthespacialanalyticgeometry，aforceJacobianmatrixisderi

5、vedforthetestingmodelbetweentheexternalforceandthegivenfive—wireforcewhensinglepieceforcesensorisamountedonthefivecables．Finally，annumericalexampleisusedtotestifythevalidityofthecable—drivenequipmentforforcemeasurementinwindtunneltest．Keywords：threedegree—of—freedom(3一DOF)rotation；cable—drivenpar

6、allelmechanism；windtunnel；inversekinematics；forceJacobianmatrix柔索驱动并联机构机器人作为一种新型的并联机构于20世纪80年代发展以来，由于其具有结构简单、惯量小、动态响应快和工作空间大等优点，受到国内外学者的普遍关注，并在多个领域取得应用。1989年美国国家技术与标准局为了改造造船业的起重机首次成功研制带有串联子系统的柔索驱动并联机构RoboCrane[11；德国的Rostock大学对柔索牵引冗余约束定位机构RRPMs进行研究，并研制出具有6自由度串并联机构的物理样机Ca—bleVc23；日本的研究得出结论睁副：由于柔索只能

7、承受拉力，不能承受压力，柔索牵引并联机构必须采用冗余驱动，即n自由度的柔索牵引并联机构至少基金项目：南京航空航天大学青年科技创新基金资助项目；江苏省数字化制造技术重点实验室基金(HGDML—0905)资助项目．收稿日期：2010-01—11；修订日期：2010·03—30通讯作者：姚裕，男，博士，副研究员，1971年2月生，E—mail：yy503@126．tom。76南京航空航天大学学报第43卷要由以+l柔索绳来牵引，设计并制造出