一类新型5自由度解耦并联机器人机构及位置分析

基于单开链结构原理和拓扑结构控制解耦准则,提出一类新型三平移两转动并联机器人机构,该机构能够实现拓扑控制完全解耦,从而显著简化其控制问题。另外,对该机构进行必要的结构分析和位置分析,为该类新型机器人机构的推广应用提供参考。

21 0 0年 9月

机床与液压 MACHI NE TOOL& HYDRAUL CS I

Sp2 0 e . 01 Vo . 8 No 7 1 3 .1

第3 8卷第 1 7期

D:1 . 9 9 jis. 0 1 8 1 2 1 . 7 0 2 OI 0 3 6/.sn 1 0—3 8 . 0 0 1 . 0 一

类新型 5自由度解耦并联机器人机构及位置分析 石志新罗玉峰 ,,叶梅燕

( .南昌大学机电工程学院，江西南昌 3 0 3; .南昌大学理学院，江西南昌 3 0 3 ) 1 30 1 2 3 0 1 摘要：基于单开链结构原理和拓扑结构控制解耦准则，提出一类新型三平移两转动并联机器人机构，该机构能够实现 拓扑控制完全解耦，从而显著简化其控制问题。另外，对该机构进行必要的结构分析和位置分析，为该类新型机器人机构

的推广应用提供参考。 关键词：并联机构；解耦；构型设计；单开链 中图分类号：T 22 H12 P 4;T 1文献标识码：A 文章编号：10 3 8 (0 0 1 0 5— 0 1— 8 1 2 1 ) 7— 0 3

Co fg a i n D e i n a s a e e tA n l i o n ur to sg nd Dipl c m n a yss f r a i

Cl s fNo e ly De o lng 5DOF r le a i ul t r a s o v lFu l c up i Pa a llM n p a o s S IZhx n H ii . LUO f n . YE ey n Yu e g M ia

( . c ol f c a i l n lc oi E gneig 1 S ho o h nc dEet nc n ier,N n h n nvri,N n h n i gi 3 0, C ia Me aa r n ac a gU iesy t ac a gJ n x 3 0 3 a 1 hn; 2 S h o o t adP yi,N n h n nvri,N n h n i gi 3 0,C ia . col f h n h s s a ca gU i sy Ma c e t ac a gJ n x 3 0 3 a 1 hn ) A b t a t: Ba e n t e tpoo ia e o pln rn i e a tu t a rn i e o i l p ne h i sr c s d o h o lgc ld c u i g p i cpl nd sr curlp i cpl fsnge o e d c ans,

a c a so v l3 2R l s fno e T一 paa llma i u ao swa e e t d Th o o o ia tu u e o hs n w c a s wa uly d c u e r le n p l tr spr s n e . e tp l gc lsr ctr ft i e me h nim s f l e o pld, whih h d t d a tg s c a he a v n a e o a y c nr l smp e k n m ais a ay i a d S n. Th tucu e an i e tc a a y i sc mpltd. Th e e rh prv d s fe s o to, i l i e tc n lss, n O o e sr t r d k n mai n l ss wa o ee e rs a c o i e r fr n e f e in a r c ia p lc to ft s n v lm e h nim . ee e c ord sg nd p a tc la p ia in o hi o e c a s

Ke wo d: P r l lma iu a o; D c u l g;Co f u a in d sg; S n l p n d c an y rs a al n p lt r e e o pi n n g rt ein i o ig e o e e h i

与传统串联机器人机构相比，并联机器人机构具有刚度大、精度高、载荷自重比高、驱动装置可位于或接近机架使活动构件质量较轻等特点，从而引起了国内外众多学者们的普遍关注。然而，并联机器人机构为完成期望运动输出通常需要所有驱动构件相互协调运动，这给控制带来了不小的麻烦，也是并联 机器人机构未能广泛应用于实际的主要原因之一。因 =

xO (, - .

O￣ 、 .

j(O i- (0 c OF 1 ; 0￣ - l)一，],一

式中： ( 0 ) Y 0一0 ) Z 0一0 ) 0一，、 (,、 ( 为动坐标系 (固定于动平台)原点在静坐标系中的坐标分量； O 0一，、 ( . 0 ) y 0一，为动坐标系相/。 0)卢 0一，、 (。 0) (对静坐标系的 3个欧拉角； 0为第 i主动输入的广义变量； 个 F为主动副数目 (于机构自由度 )等。并联机构位移输出特征矩阵的矢量形式为 rf 1 f

此，国内外许多学者都在积极地探索新型结构的并联机器人

,但取得的效果远不能令人满意。 作者基于单开链结构原理和拓扑结构控制解耦 准则，提出了一种新型三平移两转动并联机器人机

M Il 式中： 输出数；

0,3,2 1,

( 2 ) 为独立平移

构。该机构拓扑结构具有完全控制解耦性，显著简 化了控制问题，且其运动学、动力学分析亦非常简 单。

为末端构件独立平移输出，

1理论基础

r末端构件独立转动输出，。独立转动输 为 为出数。

1 1并联机构位移输出特征矩阵 . 并联机器人机构输出构件 (即动平台 )的位姿， 简称位移输出特征矩阵。,它是主动输入的函 数，即

根据上述定义，只含三平移两转动 ( T2 3一R)的并联机器人机构位移输出特征矩阵应为 rt 31

M=I l

() 3

收稿日期：2 0 0 2 0 9— 7— 7

基金项目：国家自然科学基金资助项目 (0 72 1;江西省教育厅资助项目 ( J 9 2 ) 5856 ) G J 4 6 0

作者简介：石志新 ( 99 ) 17一，男，博士，讲师，主要研究方向为机器人机构学、微型机电系统分析与控制。电话：0 9 7 1— 5 6 0 8, E—mal s ih x n t m. o。 2 35 i: hzi i@ o c m —

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