三转一移解耦并联机构型综合
三转一移解耦并联机构型综合
陈一海１一秦友蕾１一曹一毅１,
２
１．江南大学江苏省食品先进制造装备技术重点实验室,无锡,２１４１２２
２．上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室,上海,２００２４０
摘要:通过分析解耦并联机构的输入输出特点,基于支链独立驱动原则和螺旋理论提出了三转一移(３R１T )
解耦并联机构构型综合方法.首先,基于解耦并联机构的雅可比矩阵为非零对角阵的要求,利用螺旋理论构造出满足期望要求的正逆雅可比矩阵,以确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋,再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,根据支链连接度的不同,可完成支链结构螺旋系的配置;最后根据解耦并联机构分支组合原则,依次选取四条支链连接动平台和定平台,得到３R１T 解耦并联机构.综合的解耦并联机构的输出运动是由支链上独立的输入驱动提供的,属于解耦并联机构,此类机构结构紧凑,控制简单,具有一定的应用前景.
关键词:解耦;并联机构;型综合;螺旋理论中图分类号:TH １１２
DOI :１０．３９６９/j ．
issn．１００４ １３２X．２０１６．０９．０１７T yp e S y nthesis of Three rotational and One translational Decou p lin g Parallel Mechanisms
Chen Hai １
一Qin Youlei １一Cao Yi １,２
１．Jian g nan Universit y ,Jian g su Ke y Laborator y of Advanced Food Manufacturin g E q ui p ment and Technolo gy ,Wuxi ,Jian g su ,２１４１２２２．State Ke y Laborator y of Mechanical S y stem and Vibration ,
Shan g hai Jiaoton g Universit y ,Shan g hai ,２００２４０
Abstract :Based on the screw theor y and driven chain p rinci p le ,a method of structural s y nthesis of decou p lin g three rotational and one translational (３R１T )p arallel mechanisms was p ro p osed accordＧin g to the anal y sis of in p ut and out p ut characteristics of decou p lin g p arallel mechanism．Firstl y ,beＧcause of the demands that the Jacobian matrices of decou p lin g p arallel mechanisms had to be non zero dia g onal matrices ,the direct and the inverse Jacobian matrices were constructed b y screw theor y ．Then ,the effective screws ,the actuated screws and the mobile un actuated screws of each limb were established based on reci p rocal screw theor y and all p ossible to p olo gy structures fulfillin g the re q uireＧments were p erformed in the li g ht of different connectivities of the limbs．Finall y ,the decou p lin g ３R１T p arallel mechanism was obtained b y the connection of ４limbs with the movin g p latform and fixed p latform in terms of the p arallel mechanism kinematic p rinci p les．The out p uts of the s y nthesized
p arallel mechanism were p rovided b y the inde p endent in p ut
driven of each chain．This decou p lin g p arＧallel mechanism is com p act ,which can be controlled with ease and has a certain p ros p ect．
Ke y words :decou p lin g ;p arallel mechanism ;t yp e s y nthesis ;screw theor y
收稿日期:２０１５
０５
２７
基金项目:国家自然科学基金资助项目(５０９０５０７５);江苏省普通高校学术学位研究生科研创新计划资助项目(KYLX １１１５);机器人技术与系统国家重点实验室开放基金资助项目(SKLRS
２０１２ MS ０７);机械系统与振动国家重点实验室开放课题资助项目(MSV２０１４０７);江苏省食品先进制造装备技术重点实验室开放课题资助项目(FM ２０１４０２)
０一引言
机构学发展至今,已经经历了漫长的历史,从
最初的串联机构到后来的并联机构,从单开链机构到多环多链机构,也得到了很多非常有价值的
研究成果[１ ２]
.在２０世纪末期,并联机构作为一
类新型机构开始进入人们视野,从Stewart 六自
由度并联机构开始,到如今广泛在包装二分拣等工
业环节中应用的Delta 机器人[３]
,并联机构发挥
了越来越多的作用.其中关于并联机构的构型综合问题,一直是机构学研究的一个热点,国内外学者主要用螺旋理论二线性变换二位移群论二图论等
方法对机构展开综合[
４ ５]
.相对于传统串联机构来说,并联机构是由多
条支链构成的闭环机构,因此具有一些独特的优点,如承载能力高二刚度相对较高二惯性相对较小二
具有较高的动态性等[
６ ７]
.但因其结构为多链闭环,也带来了耦合性问题.针对并联机构的耦合性问题,国内外学者也做了很多这方面的工作,提
出了一些解耦并联机构.国内Zen g 等[８]
以螺旋
理论为基础,提出了并联机构的转动解耦条件,阐
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陈一海一秦友蕾一曹一毅