新型多自由度混联机构的分析与研究.pdf

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1、机械设计与制造第10期108MachineryDesign&Manufacture2010年10月文章编号：1001—3997(2010)10—0108—03新型多自由度混联机构的分析与研究术刘凯吴洪涛缪群华(南京航空航天大学机电学院，南京210016)Analysisandresearchofanew-typemult_-D0FhybridmechanismLIUKai，WUHong-tao，MIAOQun-hua(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，NUAA，Nanjing210016，China)·◆······

2、··◆◆◆··········◆····◆···◆·◆··◆···◆◆······i【摘要】提出一种基于相似平台的新型多自由度混联机构。该机构由六个6—6p相似平台串联而成，：：每个平台的六根杆中只有一根为驱动杆，以此实现六自由度的运动。求解该机构运动学正解，结合遗传算!：法和迭代法分析其运动学逆解。使用遗传算法对机构的结构参数进行优化，验证其动力学性能。!关键词：混联机构TI=IW．A。-I-~)遗传算法：j【Abstract】Anew—typemuhiLDOFhybridmechanismbasedonSimilarPlatformispresented．hmech

3、一：anismiscomposedofsix6—6pSimilarPlatformsinseries．Eachplatformhasonlyonedrivingleg．There’re：sixdrivinglegs轨allwhichachieve6-DOFmotion．Theforwardkinematicsofthemechanismisset．Ge-j!neticalgorithmsanditerativemethodarecombinedfortheanalysisoftheinversekinematics．Structurepa-：Talll~teFSopti

4、mizationisdoneusinggeneticalgorithmsandthedynamicpeOCormanceisverified．：：Keywords：Hybridmechanism；SimilarPlatform；Geneticalgorithms中图分类号：TH16，TP24文献标识码：A1引言台铰点在基坐标系中的坐标为B(16)。本文中所使用的相似平台上、下铰接点存在如下的关系：A=uB(1)串联机构由于其开环运动链结构的存在而天生具有相对刚式中：“一比例系数。度小、承载能力低等缺点。并联机构则恰好弥补了串联机构的这欧拉角和旋转矩阵被人们广泛用于表示刚

5、体的转动。然而些不足，近年来得到了广泛的应用和发展。但是并联这种形式带旋转矩阵的参数过多，欧拉角由于需要使用到三角函数从而会引来了诸如工作空间小之类的缺点，并联和串联两种结构不能互相起数学公式奇异性。四元数则具有其他参数的综合优点，并且对取代，混联机构因此被提了出来。目前被提出的一些混联机构，大于有限转动合成的表示尤为方便。本文使用四元数来表示有限转多采用了并联动平台加上安装在动平台上的串联结构这种形式。动的合成，即多个平台的串联。四元数可以表示为：本文提出了一种基于相似平台的新型混联机构，如图1所示。该s=s+s0+s士+st21机构由六个6—6p相似平台串联而成，每

6、个相似平台的六根杆中中，81、2、sndER，=lL一1，且q=-ji-k,jk：-kj=i，~i=-ik#。只有一根为驱动杆，其余杆固定长度。整个机构总共有六根驱动单位四元数满足四元数归一化条件：。采用单位四元数描述杆，从而实现六自由度的运动。并联机构动平台的姿态，对应的3阶变换矩阵的具体形式如下：2220—1+2占l2占l一22I3+2eo~2月=}2I+232a2o一1+2e22s2s3—2~ooE'(3)222l3—2sos2223+2sosJ2eO-l+2e3假设平台1的姿态四元数为p：f，Jf)，P，P，P。]，平台2的姿态四元数为g：[g。，q，q：，q]

7、，将两个平台进行串联，即第一个图l新型混联机构图26-SPS平台的动平台为第二个平台的静平台。两平台串联之后，其末端2位姿正解S0po-pl-p2一fJ3g。S1PJpo-p3P2叮I(4)平台是以根支腿将上的姿态用四元数表5=Stewart6、下二个平台结合在一起的，通常⋯。⋯’。S2p2p3-po—pq2f下平台作为基座静止不动，上平台为可动平台。如图2所示，动平S3p3一p2P1Poq3J台的坐标系。～Y建在上平台上，基坐标系。叫固定在静平简记为s=M(P)q(5)台』二，设动平台铰点在其自身坐标系中的坐标为A(1～6)，静平对于单