一类新型全解耦三平移并联机器人机构的构型设计

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1、机械设计与制造第8期178MachineryDesign&Manufacture2010年8月文章编号：1001—3997(2010)O8一O178一o2一类新型全解耦三平移并联机器人机构的构型设计术石志新叶梅燕(南昌大学机电工程学院，南昌330031)(南昌大学理学院，南昌330031)ConfigurationdesignofaclassofnoveIfullydecoupled廿1ree—transIatIOnparalleImanipulatorsSHIZhi-xin，YEMei—yan(SchoolofMechanicalan

2、dElectronicEngineering，NanchangUniversity，Nanchang330031，China)(SchoolofMathandPhys，NanchangUniversity，Nanchang330031，China)j【摘要】基于单开链结构原理和拓扑结构控制解耦准则，提出了一类新型三平移并联机器人机构，该机构能够实现拓扑控制完全解耦，从而显著简化其控制问题。另外，对该机构进行了必要的结构分析和位置分析，为该类新型机器人机构的推广应用了奠定基础。关键词：并联机构；解耦；构型设计；单开链【Abstract】B

3、asedonthetopologicaldecoupledprincipleandviewpointofsingleopenedchains，nclassofnovelthree—translationparallelmanipulatorshavebeenpresented．Andthetopologicalstructureof{thisnewmechanismisfulydecoupled，whichhavesomeadvantagesofeasilycontrol，simplekinematicsanalysis，andSOon

4、．．Thenstructuralandkinematicanalysishavebeencompleted．Theresearchprovidestheoreticalbasisfordesignandpracticalapplicabilityofthisnovelmechanism．Keywords：Parallelmanipulator；Dec0upIe；Configurationdesign；Singleopenedchain中图分类号：TH112，TP242文献标识码：A精度高、载荷自重比高、驱动装置可位于或接近机架使活动构件

5、nl'0，，2，。(2’重量较轻等特点，从而引起了国内外纵多学者们的普遍关注，尤式中：一末端构件独立平移输出；一一独立平移输出数；其是三维纯平移并联机器人机构l。然而，并联机器人机构为完一末端构件独立转动输出；—独立转动输出数。成期望运动输出通常需要所有驱动构件相互协调运动，这给控制根据上述定义，只含j维纯平移(3T-0R)的并联机器人机构带来了不小的麻烦，这也正是并联机器人机构未能广泛应用于实位移输出特征矩阵应为结构的并联机器人，星竺耋[51地探索新型㈥，但取得的效果远不能令人满意。本文基于单开链结构原理和拓扑结构控制解耦准则，提出了

6、1．2运动控制解耦性种新型三维纯平移并联机器人机构。该机构运动输入—输出变如果式(1)中每个运动输出变量(x,y，，，，)均为所有主一量之间存在一一对应关系，即拓扑结构具有完全控制解耦性，显动输入变量(～)的函数，则称输入—输出变量之间为强耦合；著简化了控制问题，且其运动学、动力学分析亦非常简单。若某些运动输出变量仅为部分主动输入变量0-Or(其中O

7、输入的函数，即l()fl(05)()J4Ix(·～0)y(t～OF)(～0，)]r、机构运动输入—输出变量之间耦合程度越弱(解耦程度越ta(O~fl(0,y(·～Or)J高)，可以显著简化机器人的控制问题，且其运动学、动力学分析式中：(～)、z(o一～)、(t～)一动坐标系(固定于动平台)原点亦较为简单。因此，实现控制解耦是机构拓扑结构设计的童要目在静坐标系中的坐标分量；(NO，),fl(o-0)、y(o～一动标之一。坐标系相对静坐标系的三个欧拉角；—第i个主动输入的1．3并联机器人机构与支路单元的关系广义变量；一主动副数目(等于机构自

8、由度)。任一基本回路数为的并联机构(简称Ⅲ)可视为由动平并联机构位移输出特征矩阵的矢量形式为：(MoingPlatform，简称MP)、静平台fixedbase,简称FB)I)A及-k来稿日期：2009一t