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第 38卷第 5期 现代 冶金 Vo1．38 No．5 2010年 10月 M odernM etallurgy oct．2010 3-PTT型钢坯修磨机器人机构运动学分析 王佩林，李丽梅 (江苏大垣集团有 限公 司，江苏 南京 2l1112) 摘要：对 3一PTT 型钢坯修磨并联机器人机构 的运动学进行 了理论分析和仿真研 究，验证 了机构运动的平稳性。 关键词 ：并联机器人；钢坯修磨 ；运动学；仿真 中图分类号 ：TP241．2 4 引 言 钢坯修磨是冶金工业轧钢生产中的一个重要工 序。初轧或锻造获得的钢坯表面存在许多裂纹、结 疤、夹杂、脱碳等缺陷。这些缺陷如不去除将会在进 一 步轧制中大面积扩展 ，严重影响轧材质量和成材 率。特殊钢行业主要用磨削方法去除这些缺陷。钢 坯修磨基本上采用人工局部修磨 ，其作业环境非常 恶劣、劳动强度大、修磨质量和生产效率低 ，并严重 1,2，3．水平导轨；4，5，6．驱动滑块；7三根平行杆； 8．两根定长杆；9．运动平台；10．加工主轴 影响工人的身心健康。这些已使钢坯表面局部修磨 成为冶金工业的一项重要技术难题 。 图 1 3一PTT型钢坯修磨并联机器人机构示意 图 东北大学先进制造及 自动化技术研究所设计的 3一PTT型钢坯修磨并联机器人机构较好地解决了 工主轴 1O。其中，作为空间平移机构的空间五杆机 这一问题。该机器人机构具有工作空间大、刚度高、 构 ，由于三根平行连杆 7和虎克铰的作用 ，能限制运 具有平移 自由度的优点，正好适合钢坯修磨面积大、 动平台绕z，轴的转动和一个移动 自由度，并兼为 负荷大的要求。本文针对该机器人机构的运动学方 三杆机构中的一个杆。而三杆机构 中的另两连杆 8 面进行了理论分析和仿真研究，验证了机构运动的 及连杆两端的虎克铰，限制活动平台绕 z轴的转动 平稳性 。 及其余两个移动 自由度 ，从而使整个机构具有三个 平移 自由度。当改变驱动滑块 4，5，6在水平导轨上 1 3一PTT型钢坯修磨机器人机构简介 的位置时，能带动运动平 台在工作空间内作沿坐标 系 ，，三个方向的平移。即它具有三个平移 自由 图1为 3-PTT型钢坯修磨并联机器人机构图。 度，从而使加工主轴 1O实现三坐标联动可控运动。 在本机构中，三个驱动滑块 4，5，6可以沿固定于支 架上的水平导轨 1，2，3滑动，滑块 4，6与机器人运 2 运动学理论分析 动平台 9之 间通过两根定长连杆 8及连杆两端 的虎 克铰相联，滑块 5则与运动平台9之间通过三根平 机器人运动学侧重研究机器人机构 的运动规 行连杆 7及连杆两端的虎克铰相联 ，这样就构成一 律，而不考虑产生运动的力和力矩，运动学的研究包 个空间五杆平移机构。在活动平台下方则安放有加 括两类 ：一类是在机器人机构的关节坐标值给定时， 收稿 日期 ：2O1O—O3—28 作者简介 ：王佩林 (1978一)，男 ，工程师 。电话 ：(025 第 5期 王佩林 ，等 ：3一PTT型钢坯修磨机器人机构运动学分析 49 求解执行器的相应位姿，称之为正 向运动学问题 ；另