【摘要】：提出了一種新型含平面分支的少自由度并聯(lián)機構。建立了該并聯(lián)機構的虛擬樣機模型,并分析了機構的自由度及結構特點。通過對平面閉環(huán)分支及約束分支的速度解析,推導了機構的6×6的雅克比矩陣。綜合考慮了平面分支中上、下橫梁的彈性變形及SPR分支中約束力作用下的彈性變形對并聯(lián)機構剛度的影響,建立了該機構的整體剛度矩陣。將理論解析解與軟件Solidworks Simulation的仿真結果對比,驗證了所建剛度模型的正確性,為含平面分支少自由度并聯(lián)機構的開發(fā)和應用提供了理論基礎。
【圖文】：

分?鏈由兩個油缸、兩個活塞桿、一個上橫梁和一個下橫梁組成；油缸、活塞桿組成的驅動桿和上、下橫梁用四個軸線相互平行的轉動副聯(lián)接。平面分支的下橫梁和基座通過轉動副連接，轉動副的軸線和基座的上平面平行。上橫梁通過動柱和動平臺聯(lián)接，動柱和動平臺通過轉動副聯(lián)接，轉動副的軸線和動平臺上平面垂直；動柱和平面分支也通過轉動副進行聯(lián)接，轉動副的軸線和動平臺的上平面平行。SPR分支以球副和基座聯(lián)結，以轉動副和動平臺聯(lián)結，轉動副的軸線和動平臺上平面平行�；钊麠U動平臺動柱上橫梁油缸下橫梁基座圖1含平面分支的5自由度并聯(lián)機構三維模型Fig.13DModelof5-DOFParallelManipulatorwithPlaneBranch此并聯(lián)機構中，構件數目為18個，運動副數目為21個，包括5個移動副，15個轉動副，1個球副。該機構含有2個平面六桿閉環(huán)支鏈，每個平面閉環(huán)支鏈含有3個過約束。根據修正的自由度計算公式計算得到該機構的自由度為5。提出的含平面閉環(huán)的機構具有以下優(yōu)點：（1）平面分支中只含有轉動副和移動福，結構簡單、制造容易。（2）平面分支中驅動桿兩端的四個轉動副軸線是相互平行的，可以避免驅動桿承受彎矩，增大了機構的承載能力。（3）平面分支中的轉動副和球副相比具有承載能力強、裝配間隙孝轉動角度范圍大等優(yōu)點。同時，SPR分支與RPS分支相比，有效地增大了并聯(lián)機構的工作空間。相同條件下，該機構具有更大的承載力、更大的剛度，更大的工作空間。3并聯(lián)機構運動學分析3.1平面閉環(huán)分支的速度解析含平面分支5自由度并聯(lián)機構的分析框圖，如圖2所示。設v、ω分別為動平臺坐標系o的線速度、角速度；vbi、ωbi分別為動平臺端點bi的速度和角速度；vbij為平面分支中bij點的線速度；ωrij為驅動桿rij的角?

提出的含平面閉環(huán)的機構具有以下優(yōu)點：（1）平面分支中只含有轉動副和移動福，結構簡單、制造容易。（2）平面分支中驅動桿兩端的四個轉動副軸線是相互平行的，可以避免驅動桿承受彎矩，增大了機構的承載能力。（3）平面分支中的轉動副和球副相比具有承載能力強、裝配間隙孝轉動角度范圍大等優(yōu)點。同時，，SPR分支與RPS分支相比，有效地增大了并聯(lián)機構的工作空間。相同條件下，該機構具有更大的承載力、更大的剛度，更大的工作空間。3并聯(lián)機構運動學分析3.1平面閉環(huán)分支的速度解析含平面分支5自由度并聯(lián)機構的分析框圖，如圖2所示。設v、ω分別為動平臺坐標系o的線速度、角速度；vbi、ωbi分別為動平臺端點bi的速度和角速度；vbij為平面分支中bij點的線速度；ωrij為驅動桿rij的角速度，ωri為虛擬分支ri的角速度，ei和eij分別表示向量bio和bibij；rij為第i個平面分支中第j個驅動桿的向量，φi1和Ri1分別為動柱相對于動平臺轉動角速度大小和方向；φi2和Ri2分別為上橫梁相對于動柱轉動角速度大小和方向，ωi1和Ri1分別為下橫梁相對于基座轉動的角速度大小和方向；ωi2和Ri2分別為虛擬桿相對于下橫梁轉動的角速度大小和方向；ωi3和Ri3分別為上橫梁相對于虛擬桿轉動的角速度大小和方向。根據各構件之間的相互運動關系得：vbi=v+ω×eivbij=vbi+ωbi×eij=vrij+ωrij×rijωbi=ω+φi1Ri1+φi2Ri2=ωri+ωi3Ri3ωri=ωr1Ri1+ωi2Ri2（1）式中：vrij—平面分支中驅動桿rij的速度的大�。沪膇j—平面分支中驅動桿rij的單位向量，推導可得：
【作者單位】： 河北建筑工程學院機械工程學院;燕山大學河北省并聯(lián)機器人與機電系統(tǒng)實驗室;
【基金】：河北省高等學校青年拔尖人才計劃項目(BJ2016017) 河北省自然基金資助項目(E2016203379) 河北建筑工程學院�；�(B-201603) 張家口市科技計劃項目(1621009B)
【分類號】：TH112

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本文編號：2525047