提高并联机构刚度的方法研究.pdf

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1、2011年5月机床与液压Mav2011第39卷第9期MACHINET00L&HYDRAULICSVo1．39No．9DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．09．008提高并联机构刚度的方法研究梁辉，陈五一(1．青岛科技大学机电工程学院，山东青岛266061；2．北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191)摘要：提出一种靠冗余内力提高并联机构刚度的方法，设计2-DOF驱动冗余验证机构，推导了位置及速度协调条件。试验结果表明，采用该方法可以提高并联机构的刚度。该研究为改善并联机构刚度提供了参考。关键词：并联机构；刚度；内力中

2、图分类号：TG502文献标识码：A文章编号：1001—3881(2011)9—027—2ResearchontheMethodofImprovingStifnessofParallelMachineToolsLIANGHui．CHENWuvi(1．CollegeofElectromechanicalEngineering，QingdaoUniversityofScience&Technology，QingdaoShandong266061，China；2．BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing1

3、00191，China)Abstract：Amethodwasputforwardthattheinternalforcewasusedtoimprovethestiffnessofparallelmachinetools．A2一DOFredundantlyactuatedparallelmechanismwasdesigned．Thepositionandspeedharmoniouscontro1conditionswerededuced．Theex—perinmntalresultsshowthatthismethodcanbeusedtoimprovet

4、hestiffnessofparallelmachines．Theresearchprovidesfoundationforimprovingthestiffnessofparallelmachinesbyinternalforce．Keywords：Paralle1machine；Stifness；Internalforce并联机床具有响应速度快、适合于复杂型面加平面冗余驱动并联机构。杆3受力状况简单，可近似工、机床结构简单、技术附加值高、机床部件便于模为仅受轴向力，传感器可采用一维力传感器，这就避块化设计和批量生产等优点。并联机床的运动副多数免了多维力传感器

5、的缺点，可方便地实现系统的力闭为铰链，受铰链的精度、问隙和接触刚性等影响，并环控制。一般习惯上将杆2作为冗余杆，将冗余杆控联机床的实际精度和刚性大大降低。制设计为力控制方式，机构的运动由杆1和杆4保冗余的方法常被用来消除并联机构的奇异、改善证，杆2作为柔顺运动调整杆。0动力学性能⋯。文献[2—4]提出靠冗余支链的过约束提高并联机床的运动精度。冗余并联机构中不可避免存在冗余内力，内力对刚度的影响作用尚不明确。作者提出了一种靠冗余力提高并联机构刚度的方法，设计了一种2-DOF驱动冗余机构，并进行了试验。试验表明该方法对并联机构的刚度有一定改善。图1验证机构效果图12

6、一DOF冗余驱动并联验证机构及运动学1．1结构该验证机构基本结构简图如图1所示。图2为其实物图。该结构中，杆5为固定杆，其上固定两台驱动电机，分别驱动杆1和杆4。杆l的铰链7处安装一台驱动电机，驱动杆2运动。每台电机上均安装有传动图2验证机构实物图比为100：l的谐波减速器。杆3上安装有拉压力传感1．2位置及速度分析器6。0处为末端执行端。该机构为3驱动2自由度建立如图1所示的坐标系，设杆l、2、3、4的收稿日期：2010—06—02基金项目：国家自然科学基金资助项目(50375010)；新乡市科技发展计划项目资助项目(09G010)作者简介：梁辉(197l一)

7、，男，博士，副教授，硕士生导师，主要研究方向为先进加工装备及控制技术、并联运动机床。E—mail：ilianghui@126．con。·28·机床与液压第39卷长度分别为z、Z、z，、z，与轴正方向的夹角分别分别观测机构变形量；(3)当杆3上有40N的内力为0。、02、0、04。固定杆长为z，设末端点中心坐时，在机构末端点分别施加2O、40、70N作用力，标为O(x，Y。)。则由固定杆长的约束条件可知：分别观测机构变形量。其刚度测量示意图如图3所示。测量结果如表2所示。fI，=n+c一-，踟-csin21，~／：+一。。表2刚度测量结果表杆3内力：0N杆3内力F

8、3=20N杆3内力F3=