并联机构被动关节的创新开发与试验.pdf

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1、并联机构被动关节的创新开发与试验陈瑞华(广东松山职业技术学院，广东韶关512126)InnovationandExaminationofPassivityJointinParallelMechanismCliENRui～hua(GuangdongSongshanPolytechnicCollege，Shaoguan512126，China)摘要：开发了一种将滚动副和滑动副相结合的的[1]。本文针对并联机构中存在着多个被动关节，新型滚滑复合被动关节，并对其进行了变形解析计而被动关节本身的精度及刚度对并联机构的精度及算和优化

2、，通过试验证明了采取滚滑复合的这种新刚度具有巨大的影响的问题，提出并开发了一种将型被动关节的实用性，为高刚度、高精度的并联机器滚动副和滑动副相结合的过约束滚滑复合被动关人开发打下了基础。节，这种关节的约束量可以优化设置，使其兼具滚动关键词：并联机构；被动关节；优化副与滑动副的优点，既具有高刚度，又具有高精度稳中图分类号：TH112定性(无爬行)。文献标识码：A1滚滑复合被动关节的原理文章编号：1001—2257(20i0)02—0064—03Abstract：Thispaperstudiesanewtyperolling

3、根据被动关节转动速度低、结构要求非常紧凑—slidingcombinationpassivityjoint，whichcorn—的特点，为了同时满足结构紧凑、承载能力大、摩擦binestherollpairandglidepair，andcalculatesdis-小的要求，提出了将滚动副和滑动副相结合的滚滑tortionandoptimize．Itisprovesthatthisnewpas—复合运动副被动关节的复合运动副原理与机构，其sl—vltyjolnti’spracticabilityandhasasolidf

4、ounda—中滑动副采用摩擦因数小的贴塑滑动副。这种关节tiononhighrigidityandhighprecisionparallelro—具有刚度高、摩擦小的特点，可以较好地解决被动关bot．节的刚度与精Keywords：parallelmechanism；passivityjoint；度的矛盾。单optimize自由度滚滑复合被动关节(R关节)的原0引言理图及三维实研究刚度高、精度稳定性好的回转关节，对推动体图如图1所机器人、机床的创新开发，特别是对推动并联、混联示，坐标系取机床的发展具有重要意义。但要同时提高

5、被动关节法如图中所J示[2]。构件n图1滚滑复合被动关节原理的刚度及精度稳定性，是一个难度相当大的课题。例如当被动关节采用滑动副时，其承载能力和阻尼和b之问有一个绕X轴转动的单自由度运动副，特性都较好，但摩擦较大，运动平稳性降低，关节的滚动约束r约束了其余的X，X，X。，墨和Xs，5个自由度，滑动约束s为过约束滚动被动关节抗运动精度下降，故对采用滑动副的被动关节而言，提高刚度和精度稳定性是矛盾的。当被动关节采用滚弯刚度最弱，本文研究开发的滚滑复合被动关节目标主要是提高抗弯刚度，其原理的构思是：外载荷动副时，恰恰相反，其承

6、载能力小和阻尼特性差，且F，F2和主要由滚动副承受，而M4和M则由提高承载能力和减小关节结构尺寸是相互矛盾滚动副和滑动副共同承担，因此这种滚滑复合关节收稿日期：2009—09—08当M和M。较小时与纯滚动关节相比摩擦力增加·64·《机械与电子~2010(2)很小，只有M和Ms较大，关节产生较大的弯曲变向为运动自由度方向，其结合面作用力为摩擦力矩。形时，滑动摩擦力才有较大增加。设K为关节组件的刚度阵；F为组件的力(含力和力矩)列阵；x为位移列阵，包括构件位移和结2关节的数学模型及优化合部位移。用式(3)～式(5)将式(1)

7、、式(2)联立起运动副就是能够进行相对运动的结合部。图1来，可得包含结合面特性的关节组件的刚度方程：所示的滚滑复合单自由度被动关节中既有滚动结合F=KX(6)面，一，又有滑动结合面S，且包含了多个结合面。也X就是构件a和b是通过滚动结合部和滑动结合部相x．X—(7)联结的。文中将滚滑复合被动关节视为一个组件，X用综合求解方法对该组件进行求解，即将构件a和X构件b(分别又可分为多个结合面)用结合条件式结K—f(k，k6，k，k)合起来，得到关节组件的数学模型然后对其求上式表明关节的刚度由构件a，b的刚度K。、K解L3]。具

8、体步骤如下：和其间的滚动结合面刚度K和滑动结合面K决建立构件a和构件b的刚度方程式(若每个构定，为了方便结合面结合条件的处理，本文的构件刚件由若干个子构件组成，则需要先将子构件的模型度方程式采用了边界元法建立。组装起来)。可以用有限元法或边界元法建立构件滚滑复合关节中包含了滚动和滑动两类结合Fa及b的刚度方程式。其中