一種5自由度并聯(lián)機構(gòu)運動性能分析及完全各向同性結(jié)構(gòu)設(shè)計.pdf

1、并聯(lián)機構(gòu)相對于傳統(tǒng)的串聯(lián)機構(gòu)而言其剛度大，結(jié)構(gòu)緊湊，動作迅速，無積累誤差，因而在工業(yè)應(yīng)用上有著突出的優(yōu)越性。關(guān)于并聯(lián)機構(gòu)的研究從上世紀40年代開始，如今越來越受到人們的重視，其中對3、6自由度并聯(lián)機構(gòu)的研究尤為突出，而4、5自由度并聯(lián)機構(gòu)由于其結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，運動學(xué)分析困難，對其進行的研究較少。而5自由度并聯(lián)機構(gòu)尤其為本文涉及的3移動2轉(zhuǎn)動5自由度并聯(lián)機構(gòu)在空間位姿固定方面具有重要作用，由于缺乏相關(guān)方面的研究，導(dǎo)致在工業(yè)應(yīng)用方面的極大不便

2、。
　　 并聯(lián)機構(gòu)的運動性能分析直接關(guān)系到機構(gòu)在實際應(yīng)用中的控制策略研究，具有一定的實際意義。并聯(lián)機構(gòu)的運動性能分析通常包括位置正解分析、速度方程建立及雅可比矩陣求解、加速度方程建立以及動力學(xué)方程建立。為了進一步研究機構(gòu)的工作性能，機構(gòu)的工作空間和奇異性也是重要的研究內(nèi)容。并聯(lián)機構(gòu)的工作空間指機構(gòu)可達的所有位置點的集合，實際即是機構(gòu)的工作區(qū)域。奇異性是指機構(gòu)在工作空間的特殊位形下，出現(xiàn)機構(gòu)動平臺自由度數(shù)增加或減小的現(xiàn)象。奇異性對

3、機構(gòu)的工作狀態(tài)影響很大，處于奇異狀態(tài)下的機構(gòu)其驅(qū)動力無法平衡廣義力。具有完全各向同性的并聯(lián)機構(gòu)可避免上述不良現(xiàn)象的影響，完全各向同性是指機構(gòu)在運動上具有完全解耦性，每一個自由度方向上的運動只受一條支鏈主動副的控制，且不存在奇異性，因此其運動學(xué)及動力學(xué)分析將得到極大的改善，控制算法也將變得更為簡單。
　　 基于此，本文主要以5SPS+1UPU并聯(lián)機構(gòu)為例進行了的研究，其中S代表球鉸、P代表移動副、U代表虎克鉸，5SPS代表5條主動

4、支鏈，1UPU代表一條被動支鏈。論文首先運用矢量方法和螺旋理論對并聯(lián)機構(gòu)進行了運動學(xué)進行了分析。矢量法研究機構(gòu)的位置正解具有直觀、簡單的效果，可以很容易的根據(jù)機構(gòu)輸入計算得到所有輸出可能解；利用螺旋理論分析機構(gòu)的雅可比矩陣，可通過雅可比矩陣建立機構(gòu)的速度方程。雅可比矩陣既是建立速度方程方法又能反映機構(gòu)的速度映射關(guān)系，通過分析矩陣包含的螺旋系線性關(guān)系，能夠得到的機構(gòu)的奇異位形。利用微分法對速度方程進行求解，就能得到機構(gòu)的加速度方程。其次，