二自由度并联机器人的动力学建模与研究.pdf

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1、机器人现代制造工程(ModemM觚u‰t晡ngEn舀n∞ring)2015年第2期二自由度并联机器人的动力学建模与研究+秦佳，李娟，李伟达，胡海燕，刘磊，孙立宁(苏州大学机电工程学院，苏州215000)摘要：面向汽车电子行业等对高节拍往复运动的搬运操作需求，提出了一种基于平面双滑块机构的二自由度(2．DOF)并联机器人。基于拉格朗日(Lagrange)方程建立了并联机器人的动力学模型，并给出了机器人驱动力方程。利用MaⅡab软件对所建动力学模型进行仿真，同时利用ADAMs软件验证了所建模型的准确性。基于所建立的动力学模型，分析了并联

2、机器人结构参数与运动参数对驱动力的影响，为机器人结构设计提供了动力学参考。关键词：二自由度；并联机构；动力学建模；参数分析中图分类号：THll3文献标志码：A文章编号：167l—3133(2015)02州3珈5Dyn锄icsmodeUng锄dstudyof2-DoFparallelmaniplllatorQinJia，bJuan，UWeida，HuHaiyan，“uLei，SunLining(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，SoochowUniversity，Suzhou2150

3、00，Jiangsu，China)A№ct：FortlledemaIIdofautomotiVeelectmnicsindusnyfhhiglItempo，recip玎ocatingmotionoftlleh锄dlingoperation卸db嬲edonakindofpl粕ardollbleslidermech粕ism，apl卸ar2-DOFparallelmanipulatorwaspresented．Based∞t}Iel删ge’sequation，dynaIIlicsmodeloftheparallelm肌ipulatoris

4、established，锄dpresentingtIle血vingforceequationofthep枷elma—nipulator．UsingMadabtomakesimIllationofthedyn锄icequations，蚰dbyusingADAMS，tlleacc啪cyofthemodelisveri矗ed．Basedontheestablisheddyn砌icmodel，theinnuenceofstnJcturepar锄etersandmotionp眦metersofthepa瑚IllelmanipIllatoron

5、the出vingforceisanalyzed，alldpmvidingtherefbrenceofdynarIlicstodesignthestmctureof山emaIliplllator．Keywords：2一DOF(DegreesofFreedom)；p眦UelmechaIlism；dyn啪icsmodeling；p猢eter明alysis在汽车零／部件、电子元器件加工过程中需要高节拍往复搬运工作。根据实际需要，提出了一种平面二自由度(2一DOF)并联机器人。并联机器人与串联机器人相比较，具有刚度重量比高、承载能力强及高度高

6、精度等优点¨引。并联机器人的动力学研究对结构优化和控制方法有重要意义。并联机器人的动力学研究主要包括机构的受力分析、动力学模型的建立、计算机仿真及动态参数识别等几个方面旧J，其中动力学模型的建立是一个极其重要的方面。建立并联机器人的动力学模型，对并联机器人动力学仿真、动态参数分析和机构优化具有重要意义。并联机构通常是多自由度、高度非线性及多参数耦合的复杂系统HJ，并联机构动力学建模方法有牛顿．欧拉法、拉格朗日(蛔ge)法、拉格朗日-达朗贝尔法、高斯法、凯恩法、虚功原理和微分几何原理等bJ。牛顿一欧拉法递推算法，通常需要以构件的加速度

7、和角加速度为基础，因此其计算量比较大，并且方程比较复杂，求解比较困难。拉格朗日法是能量平衡方程，该方法建立的动力学模型能清楚地表达各构件之间的耦合关系。该方法避免了运动学中求解加速度与角加速度的过程，推导过程简洁明了，同时能够得到简洁工整的动力学方程；因此本文基于蛔ge方程，对所提出的二自由度平面并联机器人进行动力学建模与研究。1机器人动力学建模1．1机器人运动学建模平面并联机器人三维机构如图1所示，机器人由滑轨l、滑块2、机械臂3和操作末端4组成。在末端可安装不同抓取机构实现抓取动作。由两个滑块在·国家自然科学基金项目(6l∞50

8、r71)；江苏省自然科学基金项目(BK2010266)432015年第2期现代制造工程(Mod帆M蛐uf如t面ngEn舀neering)水平面内的直线运动带动两组机械臂，实现末端在铅垂面内的铅垂直线运动。此外，一组机械臂采用平行四边形