【摘要】：提出了一種新型含平面分支的少自由度并聯(lián)機構(gòu)。建立了該并聯(lián)機構(gòu)的虛擬樣機模型,并分析了機構(gòu)的自由度及結(jié)構(gòu)特點。通過對平面閉環(huán)分支及約束分支的速度解析,推導(dǎo)了機構(gòu)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(gòu)剛度的影響,建立了該機構(gòu)的整體剛度矩陣。將理論解析解與軟件Solidworks Simulation的仿真結(jié)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(gòu)的開發(fā)和應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。
【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(qū)動桿和上、下橫梁用四個軸線相互平行的轉(zhuǎn)動副聯(lián)接。平面分支的下橫梁和基座通過轉(zhuǎn)動副連接，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動副聯(lián)接，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動副進行聯(lián)接，轉(zhuǎn)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(jié)，以轉(zhuǎn)動副和動平臺聯(lián)結(jié)，轉(zhuǎn)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(gòu)三維模型Fig.13DModelof5-DOFParallelManipulatorwithPlaneBranch此并聯(lián)機構(gòu)中，構(gòu)件數(shù)目為18個，運動副數(shù)目為21個，包括5個移動副，15個轉(zhuǎn)動副，1個球副。該機構(gòu)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(jù)修正的自由度計算公式計算得到該機構(gòu)的自由度為5。提出的含平面閉環(huán)的機構(gòu)具有以下優(yōu)點：（1）平面分支中只含有轉(zhuǎn)動副和移動福，結(jié)構(gòu)簡單、制造容易。（2）平面分支中驅(qū)動桿兩端的四個轉(zhuǎn)動副軸線是相互平行的，可以避免驅(qū)動桿承受彎矩，增大了機構(gòu)的承載能力。（3）平面分支中的轉(zhuǎn)動副和球副相比具有承載能力強、裝配間隙孝轉(zhuǎn)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(gòu)的工作空間。相同條件下，該機構(gòu)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(gòu)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(gòu)的分析框圖，如圖2所示。設(shè)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(qū)動桿rij的角?

提出的含平面閉環(huán)的機構(gòu)具有以下優(yōu)點：（1）平面分支中只含有轉(zhuǎn)動副和移動福，結(jié)構(gòu)簡單、制造容易。（2）平面分支中驅(qū)動桿兩端的四個轉(zhuǎn)動副軸線是相互平行的，可以避免驅(qū)動桿承受彎矩，增大了機構(gòu)的承載能力。（3）平面分支中的轉(zhuǎn)動副和球副相比具有承載能力強、裝配間隙孝轉(zhuǎn)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(gòu)的工作空間。相同條件下，該機構(gòu)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(gòu)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(gòu)的分析框圖，如圖2所示。設(shè)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(qū)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(qū)動桿的向量，φi1和Ri1分別為動柱相對于動平臺轉(zhuǎn)動角速度大小和方向；φi2和Ri2分別為上橫梁相對于動柱轉(zhuǎn)動角速度大小和方向，ωi1和Ri1分別為下橫梁相對于基座轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動的角速度大小和方向。根據(jù)各構(gòu)件之間的相互運動關(guān)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(qū)動桿rij的速度的大小；δij—平面分支中驅(qū)動桿rij的單位向量，推導(dǎo)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