一平移二转动并联机构型综合及分类

作者:冯永平;罗玉峰;石志新;谢冬福; 刊名:机械传动 上传者:杨洋

【摘要】基于方位特征集的理论(POC),对一平移二转动(1T-2R)并联机构进行了型综合;给出了一平移二转动输出并联机构拓扑结构设计的一般步骤和具体方法;基于该方法得到了一些一平移二转动输出并联机构,包括以前设计出的机型和部分新机型,并对它们进行了分析和分类。

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0引言串联机构具有工作空间大、控制灵活等优点,但刚性、动态性能较差,精度较低;并联机构恰好弥补了串联机构的这些不足,具有刚性好、动态性能好、精度高等优点,在工业生产以及航空等其他领域具有广泛的应用前景;因此,对并联机构的型综合理论和方法进行研究,综合出更多的新机型具有重要意义。近十几年来,机器人机构的拓扑结构创新设计理论与方法的研究成为国际机构学界的热点[1]。主要有如下三种方法:基于螺旋理论的方法、基于位移子群的方法和基于方位特征集的方法。第一种方法得到的是瞬时机构与瞬时自由度,需进一步进行非瞬时性判定;后两种方法得到的是非瞬时机构和非瞬时自由度,且所得机构存在的几何条件具有一般性;第三种方法与第二种方法相比,运算规则较少,且数学方法较简单[2][3]137-139[4]105-211[5]。文献[6-8]用螺旋理论的型综合方法得到了多种并联机构;李秦川等[9]用位移子群的方法综合得到了多种三自由度移动并联机构;文献[3]136-141和文献[4]215-224基于方位特征集的方法得到了一批一平移两转动(1T2R)新机构;文献[10]和文献[11]分别对一平移两转动(1T2R)机构的运动/力传递特性、空间位置进行了研究。纵观近十年文献,不难发现:目前在并联机器人机构的研究中,对三、六自由度研究较多,其中三自由度机构的研究中,对0T3R、3T0R、2T1R机构的研究较多,而对1T2R机构的研究较少。本文中应用基于方位特征(POC)集的构型综合方法,对一平移二转动(1T-2R)输出并联机构进行了拓扑结构综合,得到了一些新机型,并对它们进行了分析和分类。 1基于方位特征集的一平移二转动并联机构的型综合过程基于POC集的一平移二转动并联机构的型综合步骤主要有9步。步骤一:给定并联机构的POC集;步骤二:支链结构综合;步骤三:确定支链组合方案;步骤四:确定支链在两平台装配的几何条件;步骤五:检验机构自由度;步骤六:判定机构消极运动副;步骤七:选取并联机构的驱动副;步骤八:确定并联机构的拓扑结构类型;步骤九:并联机构拓扑结构的特性分析。详细步骤见文献[4]138-150。1.1给定预期并联机构动平台的POC集MPa机构的功能目标是一平移两转动,其机构动平台的方位特征集表达式为MPa=t1r[]2式中,MPa为动平台的方位特征集;t1为存在一个有限移动;r2为存在两个有限转动。1.2支链结构的综合1.2.1支链的POC集并联机构的POC方程为MPa=+1j=1Mbj式中,Mbj为第j条SOC支链末端构件的POC集。并联机构动平台的POC集是各支链POC集的交集,所以,支链的POC集可表示为Mbi=t1r[]2ort1r[]3ort2r[]2ort2r[]3ort3r[]2ort3r[]31.2.2支链的结构类型根据1.2.1节,满足POC集要求的简单支链(SOC)和混合支链(HSOC)的结构类型见表1。表1SOC支链与HSOC支链的结构类型 注:“-”表示两相邻运动副轴线之间为任意方位,“”表示两相邻运动副轴线相互垂直,“”表示若干R副的轴线相互平行,“RR…}R”表示若干R副的轴线交于同一点,“4R”表示平行四边形机构,“3R-3R”表示由两组互相平行3个R副组成的空间回路机构,“3R”表示由3个R副和2个P组成的平面回路机构,“4R-2P”表示由4个R副和2个P组成的平面回路机构,“4S-2R”表示由4个S副和2个R组成的平行四边形机构,“5R”表示由5个R副组成的平面回路机构,“6R”表示由6个R副组成的平面回路机构。1.3支链组合方案对表1中的各支链

参考文献

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