一種5自由度并聯(lián)機構運動性能分析及完全各向同性結構設計.pdf

1、并聯(lián)機構相對于傳統(tǒng)的串聯(lián)機構而言其剛度大，結構緊湊，動作迅速，無積累誤差，因而在工業(yè)應用上有著突出的優(yōu)越性。關于并聯(lián)機構的研究從上世紀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)機構的研究尤為突出，而4、5自由度并聯(lián)機構由于其結構相對復雜，運動學分析困難，對其進行的研究較少。而5自由度并聯(lián)機構尤其為本文涉及的3移動2轉動5自由度并聯(lián)機構在空間位姿固定方面具有重要作用，由于缺乏相關方面的研究，導致在工業(yè)應用方面的極大不便

2、。
　　 并聯(lián)機構的運動性能分析直接關系到機構在實際應用中的控制策略研究，具有一定的實際意義。并聯(lián)機構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方程建立。為了進一步研究機構的工作性能，機構的工作空間和奇異性也是重要的研究內容。并聯(lián)機構的工作空間指機構可達的所有位置點的集合，實際即是機構的工作區(qū)域。奇異性是指機構在工作空間的特殊位形下，出現機構動平臺自由度數增加或減小的現象。奇異性對

3、機構的工作狀態(tài)影響很大，處于奇異狀態(tài)下的機構其驅動力無法平衡廣義力。具有完全各向同性的并聯(lián)機構可避免上述不良現象的影響，完全各向同性是指機構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，因此其運動學及動力學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)機構進行了運動學進行了分析。矢量法研究機構的位置正解具有直觀、簡單的效果，可以很容易的根據機構輸入計算得到所有輸出可能解；利用螺旋理論分析機構的雅可比矩陣，可通過雅可比矩陣建立機構的速度方程。雅可比矩陣既是建立速度方程方法又能反映機構的速度映射關系，通過分析矩陣包含的螺旋系線性關系，能夠得到的機構的奇異位形。利用微分法對速度方程進行求解，就能得到機構的加速度方程。其次，