三自由度平面驱动冗余并联机器人刚度性能与尺寸关系研究.pdf

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1、2015年2月机床与液压Feb．2015第43卷第3期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．43No．3DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2015．03．009三自由度平面驱动冗余并联机器人刚度性能与尺寸关系研究王冰，周志权，聂旭萌(1．北华4tL~．r-_,P_学院机械工程系，河北廊坊065000；2．烟台龙源电力技术股份有限公司，山东烟台264006)摘要：以平面三自由度驱动冗余并联机器人为研究对象，应用空间模型理论建立了机器人机构的空间模型，求解机器人机构的速度雅可比矩阵和柔度矩阵，进而得到全域刚度性能评价指标。在此基础上探讨了机器人机构刚度性

2、能与运动学尺寸之间的关系，并绘制了刚度性能图谱。这些图谱将有助于该机器人机构的优化设计。关键词：并联机器人；驱动冗余；空间模型；性能图谱；刚度中图分类号：TP242文献标志码：A文章编号：1001—3881(2015)3-034—4StudyofRelationshipbetweenStifnessandLinkLengthsofPlanarThreeDegree-of-FreedomParallelManipulatorwithActuationRedundancyWANGBing，ZHOUZhiquan，NIEXumeng(1．MechanicalEngineeringDepartm

3、ent，NorthChinaInstituteofAerospaceEngineering，LangfangHebei065000，China；2．YantaiLongyuanPowerTechnologyCo．，Ltd．，YantaiShandong264006，China)Abstract：Thethreedegree—of-freedom(3-DOF)planarparallelmanipulatorwithactuationredundancywastakenastheobjectofstudy．Thetheoryofgeometricmodelofthesolutionspac

4、ewasutilizedtoobtainthesolutionspaceofthemechanismofmanipulator．VelocityJacobianmatrixandflexibilitymatrixofthemechanismweresolved，andthentheglobalstiffnessperformanceevaluationindi—cesweregotten．Baseonthese，therelationshipbetweenthestiffnessandthekinematicslengthsofthemechanismofmanipulatorwasdi

5、scussed，andthecorrespondingperformanceatlasesofstiffnesswereplotted．Theatlasesareveryusefulforoptimizeddesignofthestructureofmanipulator．Keywords：Parallelmanipulator；Actuationredundancy；Solutionspace；Performanceatlases；Stiffness0前言峰和刘辛军提出了空间模型理论，并将并联机器人并联机构如经过合理的设计，一般具有刚度大、机构的性能指标以数值的形式体现在空间模型内．即

6、承载能力强等优点，因此，近20年来，其在机器人、性能图谱。为并联机器人机构尺寸的合理设计提供了模拟器、数控机床及柔性机构等领域得到越来越广泛一种非常有效的方法。的应用。但是，并联机构的缺点之一，就是其工作空机构的刚度是机器人十分重要的一个性能．其体间小，且工作空间内部存在很多奇异，奇异的存在，现了机器人机构在外力作用下。抗变形能力的大小。使得本已很小的工作空间变得更小。而采用驱动冗余这里将应用空间模型理论对平面三自由度驱动冗余并可以克服工作空间内的奇异，且可进一步提高并联机联机器人的刚度性能和机构尺寸关系进行探讨，并绘器人的承载能力和刚度。因此，驱动冗余并联机器人制其刚度性能图谱，这些工

7、作将为该机器人机构的优吸引了很多学者的关注，例如，文献[1-2]等对平化设计提供有益的参考。面二自由度驱动冗余并联机器人的机构性能与尺寸关1空间模型系进行了研究，文献[3]探讨了其综合性能优化设三自由度平面驱动冗余并联机器人的机构简图如计问题。但是，对三自由度平面驱动冗余并联机器人图1所示。其为对称结构，机器人的固定平台为正方的研究却开展得很少。形A。AA，机器人的运动平台为正方形CCC，C，并联机器人机构运动学尺寸的合理设计一直是