一种并联机构的静力学建模方法及仿真.docVIP

  一种并联机构的静力学建模方法及仿真# 于凌涛，王涛，宋华建，王正雨，孙立强* （哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001） 5 10 摘要：并联机构静力学模型一般都是利用矢量力学方法和虚功原理来建立的，但该方法用重 力补偿法来考虑杆件重量，所以降低了精确度.。针对于此，以 Delta 并联机构为对象，考虑 连杆的实际重力，通过对每条支链各部分进行独立的静力学分析，建立了关于并联机构驱 动力与输出力的静力学模型。该模型在给定输出力的情况下，能够精确得出动平台在任意 位 姿 下 使 并 联 机 构 处 于 平 衡 状 态 的 电 机 驱 动 力 ( 矩 ) 。 通 过 利 用 Matlab 软 件 中 的 Simulink/SimMechanics 模块库建立了 Delta 并联机构的模型，并在不同输出力，不同位姿下 进行仿真，有效的验证了该静力学模型的正确性。 关键词：机械电子；静力学分析；建模；并联机构；Delta；Simulink/SimMechanics 仿真 中图分类号：TP242 15 Static Modeling and Simulation for Parallel Mechanism YU Lingtao, Wang Tao, SONG Huajian, WANG Zhengyu, SUN Liqiang (School of Mechanical and Electrical Engineering, Harbin Engineering University, Harbin Heilongjiang Province 150001) 20 25 Abstract: Based on taking the gravity of every link into account and static analysis of every link, the complete and accurate static model of Delta parallel mechanism was set up. This model can precisely deduce the relationship between driving torque and the output force of moving platform at random poses. Then, a simulation model of Delta parallel mechanism was set up by using SimMechanics and Simulink blocks from MATLAB. The simulation was carried out under the condition of different poses of moving plat and different output force acted on moving plat. Through the simulation, the validity of this static model was verified adequately. Key words: Ｍechatronics; static analysis; Modeling; Simulink/SimMechanics simulation parallel mechanism; Delta;  30  0 引言 与串联机器人相比，并联机器人具有更高的结构刚度、控制精度和更低的惯性等优点 [1,2] ，广泛运用于运动模拟器、并联机床、工业机器人、微动机构、医用机器人和操作器领 [3] 成，静平台通过电机与支链连接，每个支链由主、从动臂组成，从动臂为一个平行四边形组 35 杆结构，各个运动副都是转动副。该机构只有 3 个自由度，动平台只能实现平移，因此实际 中被广泛应用于机器人操作器和手控器[6]。一般而言，多大研究者都是通过矢量力学方法和 虚功原理建立了 Delta 机构的静力输入输出数学模型[7,8,9]，但是这种方法大多将支链连杆部 分看做是二力杆，忽略了重力，或者是通过重力补偿的方法来考虑重力，这必将导致数学模 型的准确性有所降低，不符合实际应用中高精度的要求。 40 基金项目：国家自然科学基金资助项目F0306）；哈工大机器人技术与系统国家重点实验室开 放基金资助项目（SKLRS-2010-MS-04）；高等学校博士学科点专项科研基金-新教师类资助项目 （20102304120006）；哈尔滨科技创新人才研究专项资金资助项目(2012RFQXS067)． 作者简介：于凌涛(197