3自由度并联机器人构型综合 杨国彬

既具有平面操作模式和空间平移操作模式的3自由度并联机器人构型

综合

专业：交通运输工程

学号：M015115102

姓名：杨国彬

本篇论文分为三个部分：

第一部分：确定论文主旨：即通过简化确定多模式并联机器人支链的步骤，来改进多模式并联机器人构型综合的方法。同时规定一些符号的意思：

:在机械装置中，轴线平行于平面运动旋转轴的转动副（R jionts ）

:在一支链中，彼此轴线平行但是不平行于副轴线的R 副:在一支链中，彼此轴线平行；同时，在同样一个腿中，其

轴线不与副和副这两者的轴线平行。

:在一支链中，彼此的轴线经过同一个点。

（）E :代表一个平面运动链:由具有Bennett 链接的三个连续的转动副组成的Bennett CU （如图1所示）

//R \R //R /R //R \R .R ~RRR

：代表一个不满足上述提到的一些转动副的情况（即具有平面运动链（（）E ）的R 副、、、、、这些情况）：代表在过渡配置中的R 副，该R 副在平面运动模式下表现为副，或者在空间平移模式和过度配置下表现为副。：代表一个在过渡配置中的R 副，该R 副在平面运动模式和过度配置下表现为副，或者在空间平移模式下表现为

副。

图1 Bennett CU

~R //R \R /R .R ~RRR /

~⎪⎭⎫ ⎝⎛R ~R /R '//⎪⎭

⎫ ⎝⎛R //R \R

第二部分：

平面并联机器人的构型综合，即研究平面并联运动支链，这里分为三个部分来进行介绍。

2.1、用虚拟链的方法来研究并联机器人的构型综合（在研究平面并联机器人支链时，在底座和动平台之间加有一个E虚拟链，以保证该支链是可以在平面上运动，然后去除E虚拟链，就可以得到平面并联机器人支链）

平面虚拟链（E virtual chain 如图2）可以用来代表一个平面运动

图2 E virtual chain

2.2、用于平面并联运动链（仅由R副组成）的组成单元

仅由R副组成的CUs有四种类型，分别是：平面CU（如图3）、球形CU（如图4）、共轴（coaxial）CU和Bennett CU （如图1）。

图3 planar CU 图4 spherical CU

2.3、平面并联运动支链的构型综合

平面并联机器人支链的获得:首先采用一个或更多的组成单元来构建3自由度单回路运动链，然后去除E 虚拟链来获得平面并联机器人的支链，如下图两个过程：

→

图5 图6先是由两个平面组成单元4-5和6-7-8-1-2-3组成图5所示的运动链，而后去除E 虚拟链就得到了图6所示的支链。

()E RRR R R R R R \\//////\

\//////R R R R R

→

图7 图8由一个平面5R 组成单元和一个Bennett 组成单元组成图7所示的运动链，而后去除E 虚拟链就得到了图8所示的支链。()E RRR R RRR R //

~////

~//R RRR R ~

RRR

如此就可以得到平面并联运动支链（均列在表1中）

第三部分：既具有平面模式又具有空间平移模式的并联机器人构型综合（借助一个过渡配置过程，在两个模式之间转换）该构型综合分为三个步骤：

第一步：具有单一模式并联机器人支链的构型综合（已解）第二步：E/PPP=PMs支链的构型综合

第三步：E/PPP=PMs支链的组合

3.1、表1列出了平面并联机器人支链的情况

表2列出了平移并联机器人支链的情况

3.2、并联机器人支链的确定

之前，在过度配置过程中，比较平面并联机器人支链和平移并联机器人支链两种情况，就可以得到E/PPP=PMs支链改良方法：在过渡配置过程中，通过对平面并联机器人支链施加平移并联机器人支链的条件来获得E/PPP=PMs支链。

平移并联机器人5R支链的条件是：两个或三个连续R副的轴线平行，其他R副的轴线平行。

那么现在就对平面并联机器人5R支链施加平移并联机器人5R支链的条件来获得E/PPP=PMs的支链。其步骤为：第一步：对于平面并联机器人支链来说，检查它是否满足平移并联机器人支链的条件。若满足，则该支链就是

E/PPP=PMs的支链，直接跳到第五步。若不满足，执行下一步。

第二步:检查能否通过调整平面机并联器人支链，以致于所有的R副能够分解两个组（在每一组中，R副轴线之间互相平行）。若不可以，那么该支链就不是E/PPP=PMs的支链，同时直接跳到第五步。若满足，执行下一步。

第三步：检查能否通过调整这些支链，以致于至少有两个连续的R副是共轴的。如果可以，那么该支链就不是

E/PPP=PMs的支链，同时直接跳到第五步。若满足，执行下一步。

第四步：检查通过调整这些支链，是否存在一组轴线平行的R副（其中所有这些转动副是连续的）。若存在，那么这个经过调整的支链就是E/PPP=PMs的支链。若不存在，那么该支链就不是E/PPP=PMs的支链，执行下一步第五步：重复1-4步骤直到所有平面并联机器人的支链均被考虑到了。

为了简化综合的过程，考虑到在过渡配置过程中，

E/PPP=PMs支链的特性是相似的。平面并联机器人5R支链（详见表1）可以分为以下的子集，以便简化综合的过程：

子集1：表1中的Nos6-12支链（由两个平面组成单元组成）

子集2：表1中的Nos12-19支链（由一个平面组成单元与

一个球形组成单元组成）

子集3：表1中的Nos20-29支链(由一个平面组成单元与两

个共轴组成单元组成)

子集4：表1中的Nos30-32支链（由一个平面组成单元与

一个Bennett单元组成）