新型3自由度并联机构运动性能及精度分析

经典

第46卷第15期 2010年8月

机 械 工 程 学 报

JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING

Vol.46 No.15 Aug. 2010

DOI：10.3901/JME.2010.15.001

新型3自由度并联机构运动性能及精度分析*

黄 鹏 王立平 关立文 姚 蕊

(清华大学精密仪器与机械学系 北京 100084)

摘要：混联机构结合了串、并联机构的优点，已经越来越多地应用在复杂自由曲面零件的加工装备中。提出一种能够实现一个移动和两个转动的3自由度并联3-PSP机构，同时该机构存在伴生运动。通过对3-PSP机构运动模式的分析，简化传统的欧拉角描述方式，采用更适合的倾斜—扭转角描述动平台的运动。在此基础上，建立运动学模型，进行包括伴生运动和被动关节变量的完整运动学求解。基于运动学分析，对3-PSP机构的关节行程、速度特性和精度特性进行分析，证明该机构完全适用于混联结构中的并联模块，并能够满足航空、航天、汽车等领域复杂零件的加工需要。 关键词：3自由度并联机构 运动学 精度分析 中图分类号：TH112

Kinematic Performance and Accuracy Analysis of New Type 3-DOF

Parallel Mechanism

HUANG Peng WANG Liping GUAN Liwen YAO Rui

(Department of Precision Instruments and Mechanology, Tsinghua University, Beijing 100084)

Abstract：Hybrid series-parallel mechanism, which contains the advantages of both series and parallel mechanisms, is used more and more widely in the manufacturing equipment for parts with complex free curved face. A 3-DOF parallel 3-PSP mechanism, which can realize one translational and two rotational motions, is proposed. The 3-PSP mechanism has accompanying motions. According to the analysis of motion mode, tilt-torsion angle for describing the motion of moving platform is adopted instead of traditional Euler angle, and based on that, kinematic model is built to solve the complete kinematic problem including accompanying motions and passive joint variables. Furthermore, the range of the joint, velocity characteristic, and accuracy characteristic are analyzed to demonstrate that the 3-PSP mechanism is fully suitable for parallel module in hybrid series-parallel frame which can fulfill the requirement of the complex parts in aerial, space, and automotive fields. Key words：3-DOF parallel mechanism Kinematics Accuracy analysis

0 前言

少自由度并联机床拥有并联机构高刚性、高精度、高灵活性、高承载能力等诸多优点，同时在一定程度上减少了多自由度并联机构工作空间小、运动副多、制造装配困难、生产成本高等问题[1]，特别是少自由度并联机构与传统串联机构组成混联机床，更好地融合了串、并联机构的优点，非常适合于航空、航天、汽车等领域具有复杂自由曲面零件* 国家科技支撑计划(2006BAF01B09)、国家自然科学基金(50775125)和国家高技术研究发展计划(863计划，2007AA042003, 2007AA041901)资助项目。20090823收到初稿，20100401收到修改稿

的加工任务，因此具有广阔的应用空间和前景。

近年来，3自由度并联机构成为研究的热点之一。HUNT[2]于1983年提出的3-RPS并联机器人得到了广泛应用，黄真等[3]对3-RPS并联机器人的位

置、运动和受力进行了研究，GAO等[4]和刘辛军 等[5-8]分别对3自由度Delta机器人和2-RPS-1-TPT并联机器人的运动性能进行了研究，并提出了[PP]S类并联机构的姿态描述方法。LI等[9]研究了3-TPS-TP并联机构的运动学和动力学特性。LI等[10]对3-UPU机构的瞬时运动学性能进行了细致分析。

本文提出一种新的3自由度并联3-PSP机构，该并联机构能够实现一个移动和两个转动，同时具

第1页下一页