少自由度并聯(lián)機構(gòu)運動學(xué)及五自由度并聯(lián)機構(gòu)的相關(guān)理論.pdf

1、少自由度并聯(lián)機構(gòu)近年來成為國際機構(gòu)學(xué)和機器人領(lǐng)域研究的熱點。它的運動學(xué)研究也隨之受到越來越多的關(guān)注。在機構(gòu)運動學(xué)分析中，Jacobian矩陣扮演著一個不可或缺的角色。然而對于少自由度并聯(lián)機構(gòu)，目前卻沒有一種統(tǒng)一并實用的建立其Jacobian矩陣的方法。為此，本文基于6自由度并聯(lián)機構(gòu)的影響系數(shù)法，針對一類少自由度并聯(lián)機構(gòu)(機構(gòu)自由度等于支鏈自由度數(shù))，給出建立其N×N型Jacobian矩陣和N×N×N型Hessian矩陣的方法。同時通過引

2、入仿射坐標(biāo)系，將該方法發(fā)展適用于全部14類少自由度并聯(lián)機構(gòu)。利用N×N型Jacobian矩陣找出機構(gòu)N個輸入速度元素與N個獨立輸出速度元素間的映射關(guān)系。并利用坐標(biāo)變換，為N自由度并聯(lián)機構(gòu)(N<6)給出一種建立6×N型Jacobian矩陣的方法。 在現(xiàn)有的少自由度并聯(lián)機構(gòu)中，結(jié)構(gòu)對稱的5自由度并聯(lián)機構(gòu)歷史較短，且大部分現(xiàn)有機型的自由度為三轉(zhuǎn)兩移。在黃真教授等人于2002年利用基于約束螺旋的型綜合理論認(rèn)清這類機構(gòu)的約束關(guān)系并綜合出機

3、構(gòu)實例后，人們才意識到這類機構(gòu)的確存在。然而，僅僅意識到事物的存在并不代表認(rèn)清它的本質(zhì)。為了加深對該類機構(gòu)本質(zhì)的認(rèn)識并探索這類機型的實用性，本文首先在現(xiàn)存的70余種機型中找出11種機型，并提出7種新機型。這18種機型不僅具有完全對稱的結(jié)構(gòu)形式，而且可以采用機架副或與機架相鄰的移動副作為驅(qū)動副。完全對稱的結(jié)構(gòu)形式有助于機構(gòu)獲得近似各向同性的運動學(xué)特性。機架副驅(qū)動有助于減輕機構(gòu)的額外負載，提高機構(gòu)的運行速度。移動副驅(qū)動則有助于提高機構(gòu)的承載

4、能力和加工精度。此外，本文還首次綜合出支鏈結(jié)構(gòu)及安裝條件對稱的三移兩轉(zhuǎn)的并聯(lián)機構(gòu)。 運動學(xué)是機構(gòu)分析的重要組成部分。而談到運動學(xué)又不可避免地涉及到機構(gòu)的奇異位型。由于約束關(guān)系的特殊性，5自由度并聯(lián)機構(gòu)施加在運動平臺上有效約束一般只能為一。因而，這類機型的奇異可以分為兩類，即支鏈內(nèi)部發(fā)生類似于串聯(lián)機構(gòu)的奇異以及鎖住驅(qū)動副后施加在運動平臺上的約束螺旋發(fā)生線性相關(guān)的奇異。本文在前述的18種機型中，找出在奇異分析中具有代表性的6種機型。