空间4—SPS/CU并联机构运动学分析

提出了一种能实现空间三维转动和沿Z轴移动的机构模型——空间4-SPS/CU并联机器人机构模型,其中SPS支链为驱动支链,CU为恰约束从动支链。采用螺旋理论分析了4-SPS/CU并联机构实现空间三转动一移动的机构学原理,计算了自由度,给出了位置正解和反解的方法,导出了Jacobian矩阵,分析了速度、加速度性能、奇异位形与工作空间,为该并联机构的实际应用提供了理论依据。     

考虑关节摩擦效应的并联机构动力学分析

分析了一种4-SPS/CU并联机构的运动学,将该机构的关节摩擦力视为非保守力。定量分析关节摩擦力对该机构动力学特性的影响,关键在于求出关节摩擦力对应的正压力。为了简化其动力学模型,将该机构驱动支链作为整体分析使其驱动力和驱动摩擦力视为内力,首先考虑该机构的恰约束从动关节的摩擦力,再以“库伦+粘性”摩擦模型为基础,利用牛顿-欧拉法分别对该机构的驱动支链、恰约束从动支链与上平台建立了含摩擦的动力学模型。在已知上平台运动轨迹的情况下,通过该动力学方程得到了该机构的关节约束反力/力矩。基于驱动支链正压力与各关节约束反力/力矩之间的关系,导出了该机构的驱动摩擦力模型,并成功地将驱动摩擦力引入到该机构的动力学模型中。为对该动力学模型进行有效的仿真计算,制定了其数值仿真迭代过程。仿真结果说明关节摩擦力的存在对该机构的驱动力产生显著的影响。     

空间4-SPS/CU并联机构的受力分析

运用螺旋理论分析了一种具有三维转动和一维移动(沿Z轴)的四自由度(4-SPS/CU)并联机构的自由度,得出该机构为无过约束机构。采用传统的拆杆法对该机构的每个活动构件进行了静力学分析,得出了该机构的静力学平衡方程组,判定该机构的静力学平衡方程组中方程个数大于未知量个数(属超定方程组)。多余的方程个数就是该机构的局部自由度,并采取去掉局部自由度对应的静力学平衡方程来求解该超定方程组。通过求解该方程组,得出了该机构每个构件上的全部约束力/力矩,并分别得出了驱动力与主运动副以及恰约束从动支链的约束反力随该机构位姿变化的仿真曲线。证实了该机构比无恰约束从动支链的四自由度并联机构拥有更好的承载能力。研究结果可为该机构在工程中的应用与结构设计提供静力学理论分析的参考。