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并联机器人设计论文

摘要：并联机器人是一类全新的机器人,它具有刚度大、承载能力强、误

差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点,在21世纪将有广阔的发展前景。文中从运动副分析入手，对一种运动解耦的三自由度并联机构进行了构型研究，该机构由三个正交分布的支链组成，且机构的运动副均为转动副，构成了机构动平台x、y、z三个方向的平动解耦；在机构构型研究的基础上，对其进行了运动学分析，推导出了该并联机构的运动学正反解，分析了机构输入/输出的速度和加速度等，验证了该机构运动解耦的特性。这对该机构的动力学分析、控制策略、机构设计和轨迹规划等方面的研究，具有一定的理论意义。

关键词： 三自由度并联机构；并联机器人；设计；

1.课题国内外现状及研究的主要成果

少自由度并联机器人 由于其驱动元件少、造价低、结构紧凑而有较高的实用价 值，更具有较好的应用前景，因此少自由度的并联机器人的设计理论的研究和应用领域的拓展成为并联机器人的 研究热点之一。研究少自由度并联机构最早的学者应属澳大利亚著名机构学教授 Hunt ,在1983年,他就列举了平面并联机 构、空间三自由度3-rps并联机构，但对四，五自由度并联机构未作详细阐述。在Hunt之后,不断有学者提出新的少自由度并联机构机型。在少自由度并联机构机型的研究中,三维平移并联机构得到广泛的重视。clavel提出了一种可实现纯 平运动三自由度Delta 并联机器人,在Delta机构的支链中采用平行四边形机构约束动平台的3个转动自由度。 Tsai提出的Delta机构完全采用回转副，并通 过转轴的偏移扩大了Delta机构的工作空间。在 Tricept并联机床上采用的构 型是由 Neumann发明的一种具有3个可控位置自由度的并联机构，该机构的突出特点是带有导向装置,采用3个内副驱动支链并由导向装置约束动平台。Tsai通过自由度分析提取支链的运动学特征,系统研究了并联机构的综合问题,特别研究了一类实现三自由度平动的并联机构。Rasim Alizade于2004年提出基于平台类型和联接平台的形式和类型进行分类的一种并联机构的结构综合和分类的新方法和公式,并综合出具有单平台和多平台的纯并联和串并联复联机构.我国燕山大学的黄真教授及其团队除了研制出解耦微型6维力传感器和微动机械， 设计出一种新的高精度的机构方案外,还率先对少自由度并联机器人的基础理静刚度和精度.上

海交大的高峰教授2002年运用复合副的概念来组合已知自由度数和自由度类型的支链,通过支链输出杆特殊的Plucker坐标来综合2-自由度的机器人。近几年，东南大学的杨廷力教授、金琼等以单开链soc单元和并联机器人机构结构组成的某些规律性，以机构具有各支路结构相同且简单、不存在虚约束、工作空间较大等特点，尤其是其运动分析正、逆解数目小，且运动输入输 出具有一定解耦性为目标，综合出了一类新型三平移并联机器人机构。其中的 3-RRC型机型，江苏大学的马履中教授、尹小琴等对其运动学、动力学等特性上进行了深入的研究，并将其应用在多维减振平台主体机构中。马履中等还研制一种五自由度并联机构作为中医推拿机器人。 沈惠平等研制一种新型三维平移并联机构作为虚拟轴机床、坐标测量机及机器人等的新型实用机型。 2.并联机器人构型设计原则

1、在进行机构形式设计时，除了要满足规定的运动形式、运动规律或运动轨迹外，还应该遵循下面几项准则:

（l）机构的运动链要尽可能的短。完成同样的动作要求，应该优先选用机构构件数和运动副数少的机构，以简化其结构从而减轻重量、降低成本、减少由于零件的制造误差而形成的运动链的累积误差，运动链短有利于提高机构的刚度，减少振动。

（2）在运动副的选择上，优先选用低副。低副机构的运动元素加工方便，容易保证配合的精度以及有较高的承载能力。 （3）适当选择原动机，使机构有好的动力学性能。 2、并联机器人的尺度设计原则

以往，我们在设计阶段为了确定机器人操作手机构的尺寸和确定机器