基于ANSYS的3-RPS型柔顺并联机构的运动仿真

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顺并联机构[1]是通过部分或整体柔性杆件的弹性变形来产生位移和传递运动、力或能量的机构，是将并联机构和柔性机构优点的有机结合。

1983年Hunt 提出3-RPS 型并联机构的构型和相关理论。

Lee 将这种机构应用于微动机器人；黄真[2]等于1996年根据螺旋理论探究了该机构的运动学特征，建立了运动学及动力学模型。

本文根据3-RPS 型并联机构的运动特性，在并联机构的基础上设计柔顺并联机构，利用ANSYS 软件分析柔顺并联机构的运动特性及运动的数量级，为柔顺并联机构用于微动平台提供理论研究。

1 3-RPS 型并联机构的运动分析
图1所示为空间3-RPS 型并联机构的结构示意
图，动平台与定平台相互平行，在动平台上建立坐标系P-UVW，在定平台上建立坐标系O-XYZ，动定平台分别记为123B B B 、123A A A ；针对支链11A B ，根据已知条件可知转动副1A 的轴线方向与Y 轴正方向平行，转动副1A 的运动螺旋为1S =(0，1，0；0，0，g )，移动副方向向量为11B A (g h −，0，h )，则移动副运动螺旋为2S =(0，0，0；g h −，0，h )。

球副1B 可表示为3个相互正交的转动副所组成，假定其3个转动副的轴线方向分别沿X 轴、Y 轴和Z 轴，则球副的运动螺旋为
：
图1 3-RPS型并联机构 图2 3-RPS柔顺并联机构支链
结构简图 及整体机构3S =(1，0，0；0，h ，0)；4S =(0，1，0；h ，0，g h −)
5S =(0，0，1；0，()g h −−，0)
由上式可得到支链11A B 的运动螺旋系为11
A B S =[1S
2S 3S
4S 5S ]。

根据螺旋理论[3]，
运动螺旋与末端执行器的终端约束螺旋互易积为零可得：
11
r A B S =(0，1，0；h −，0，g h −)
上式中11
r
A B S 表示支链11A B 受到一个过球副中心1B 且平行于Y 轴方向的约束力。

综上所述，空间3-RPS 型并联机构具有3个自由度，即绕X 轴和Y 轴方向的转动以及沿Z 轴方向的移动。

2 空间3-RPS 型柔顺并联机构设计
以空间3-RPS 型并联机构构型和运动特性为基础，设计出与之相应的3-RPS 型柔顺并联机构 [3]，按照3-RPS
型并联机构的安装几何特点[4]
，用3个RPS 型柔顺支链将定平台和运动平台连接在一起形成对称结构就构成了3-RPS 型柔顺并联机构[5]，如图2所示。

3 3-RPS 型柔顺并联机构的运动仿真
将3-RPS 型柔顺并联机构的三维模型，导入到
ANSYS 软件中进行运动仿真分析[6-7]，得到该机构的应变云图，如图3、图4、图5、图6和图7
所示。

图3 X轴方向应变云图 图4 Y轴方向应变云图
图5 Z轴方向应变云图 图6 绕Y轴方向角度变化云图
基于ANSYS的3-RPS型柔顺并联机构的
运动仿真
李 培，周道鸿
蚌埠学院机械与车辆工程学院，安徽蚌埠 233000
摘 要 根据3-RPS 型并联机构的运动特性，在并联机构的基础上设计3-RPS 柔顺并联机构；利用ANSYS 软件分
析得出机构运动的数量级，并验证利用螺旋理论计算机构自由度方法的正确性，为柔顺并联机构用于微动平台提供理论研究。

关键词 柔顺并联机构；数量级；螺旋理论
中图分类号 TH112 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2016）15-0090-02
作者简介：李培，助教，蚌埠学院机械与车辆工程学院，主要从事柔顺并联机构的研究。

周道鸿，蚌埠学院机械与车辆工程学院。

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图7 绕Z轴方向角度变化云图
由图3～图7可知，X 轴方向的应变变形为559.0610~6.8110m µ−−−××，Y 轴方向的应变变形为548.5210~1.0410m µ−−−××，Z 轴方向的应变变形为442.4010~3.1910m µ−−−××，X、Y 轴的应变变形量的数量级是Z 轴的1/10倍，X、Y 轴变形量可以忽略，因此机构具有沿Z 轴的移动；绕Y 轴的转动角度变化为558.8810~6.8010rad µ−−−××，绕Z 轴的转动角度变化为15
3
7.4810~ 2.6210rad µ−−−×−×，X、Y 轴角变形量的数量级是Z 轴的1010倍，Z 轴角度变形量可以忽略，因此机构具有绕X、Y 轴的转动。

整个机构具有3个自由度即绕X、Y 轴的转动和沿Z 的移动。

4 结论
根据螺旋理论计算出3-RPS 型柔顺并联机构具有3个自由度即绕X、Y 轴的转动和沿z 的移动。

通过ANSYS 软件得出柔顺并联机构的角度及应变云图得出相
同的结论，验证了利用螺旋理论计算机构的自由度的正确性以及基于并联机构设计柔顺并联机构设计的可行性，具有较高的实际应用价值。

参考文献
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宽融资渠道的过程中，也可以采用招商引资的方式进行资金补充，在资金获得补充后，管理人员的薪酬、环境维修的经费以及安全系统的升级等方面可以基本实现全方位的提升。

最后，投资与补偿角度下的融资渠道拓宽，是人事管理、环境管理、陈列管理等方面的基础性条件，这对构建多元化管理模式有指向性作用。

3.3 完善人事管理制度
完善人事管理制度，是构建多元化管理模式中的核心内容，这是在融资问题解决后，对工作人员进行激励的有效途经。

在法人制度落实的基础上，进行“奖励”补充，可以基本完善现代博物馆的管理体系构建。

部分管理人员的责任心以及管理方式之所以有所下降，是因为部分管理制度只是局限于“如何工作、不允许怎么做。

”等内容，工作人员在“条条框框”下，其工作积极性自然会下降，而“奖励机制”的有效监理，是完善人事管理制度的必然需求，这也是构建“奖罚并重”管理模式的核心内容。

将管理模式中的环境管理、安全系统操作等方面纳入奖励机制中，例如，可以设置在一季度或一年内，如果工作人员所负责的工作内容并没有出现过失误，那么就可以为其发放奖励资金，以此保证员工的工作积极性。

最后，完善人事管理制度，是从心理学的角度对管理模式的创新构建进行综合分析，以“物质”“精神”奖励的方式全面提高管理工作的实际效用[3]。

3.4 构建相对完善的组织监管体系
构建相对完善的组织监管体系，是从确保多元化管理体系完整落实的角度进行优化，组织监管体系需要由行政部门对现代博物馆的管理现状、管理规划等方面
进行定期监管，以抽查的方式发挥“监管”的效果。

组
织监管体系的构建并不能侧重管理结果，在发现现代博物馆管理模式存在问题后，需要对原因进行分析，以完善现代博物馆管理模式的方式进行监督，是组织监管体系的核心原则，也是成立“监督小组”的主要目的。

最后，博物馆管理不能够因为管理的复杂性而放松，相反，需要监督小组的调解、组织等职能的发挥，实现其管理模式的创新发展。

4 结论
综上所述，在研究以及分析现代博物馆管理模式的过程中，以法人制度的全面落实，对提高管理人员的责任感、使命感等方面有指向性作用。

在开展管理模式创新发展的过程中，政府以及行政部门需要加大对现代博物馆建设的资金投入力度，这是实现博物馆管理补偿、环境改善以及公共形象转变的必然需求。

最后，虽然本次研究的内容以及提出的“四步对策”不能满足所有的现代博物馆，但是，根据不同性质的现代博物馆进行针对性的管理模式创新，对改善博物馆的环境以及提高其学习价值等方面仍然有指向性作用。

参考文献
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旬，2014（17）：175.
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（上接第68页）。