混合型四自由度并联平台机构及其位置分析-光学精密工程.PDF

第8 卷　第 1 期　 光学　精密工程 Vol. 8, No. 1 2 0 0 0 年 2 月 O P T IC S AN D PR EC IS ION EN G IN EER IN G F eb. , 2000 文章编号　1004924X (2000) 0 1004204 混合型四自由度并联平台机构及其位置分析 赵铁石, 高英杰, 杨铁林, 赵永生, 黄　真 (燕山大学机器人研究中心, 河北 秦皇岛　066004) 摘要: 为了丰富并联少自由度机器人的机型, 本文提出了一种能实现空间三维移动和绕 Z 轴转动的并联 机器人机构模型, 该模型由三个 TR T 分支和一个 SP S 分支构成。文中采用螺旋理论分析了它能实现空 间三维移动和绕 Z 轴转动的机构学原理, 计算了它的自由度; 给出了其位置反解的方法, 推导出了位置 正解的封闭方程, 并进行了数值验证。 关　键　词: 机器人; 并联机构; 机构学; 位置分析 中图分类号: TH 13, T P 24 1. 3　　文献标识码: A T 表示虎克铰, S 表示球铰; R 表示转动副, P 表 1　引　　言 示移动副。其有四个分支, 其中三个为 TR T 分 支、一个为 SP S 分支。每个 TR T 分支由五个转动 ( 　　近年来, 新型少自由度 机构自由度少于其所 副组成, 其各分支第一、五转动副轴线互相平行, 在空间自由刚体的自由度, 如三维空间少于 6、二 且平行于 Z 轴; 第二、三、四转动副轴线相互平行 维空间或球面空间少于 3) 并联机器人机构成为 且与 Z 轴垂直; 各分支第四转动副轴线位于上平 新的研究热点。由于这种机器人相对具有结构简 台同一平面内。 单、造价低等特点, 在工业生产及其他领域有着广 阔的应用前景。如H un t [ 1 ] 1983 年提出三 自由度 的3 空间并联机构已引起广泛兴趣; 1988 年 R P S P ier ro t [2 ] 等分析了一种称为D elta 机构的三维运 动机构, 该机构为 17 杆 2 1 运动副, 其中 12 个球 面副, 机构十分复杂; 1995 年 T sa i[3 ] 发明了一种 较简单的三自由度三维移动机构, 申报美国专利, [4 ] 该机构也为 17 杆 2 1 运动副。1999 年文 提出了 一种新型空间三维移动机构模型—空间 3 RR C 并联机构, 给出了位置反解公式和正解的八次方 程。 . 1　 本文提出了一种混合型的四自由度空间并联 F ig Fou r DO F m ixed p latfo rm m ech an ism sk etch 平台机构模型; 讨论了它的机构学原理, 给出了位 为了分析该机构的螺旋运动时直观方便, 在 置正反解。这种并联机构适合用于一些有特殊要 不失一般性的前提下, 设三个 TR T 分支 自下平 求的, 如生产装配线上方孔件装配等需要此四个 台起第一转动副轴线 Si 1 与该分支第二转动副轴