少自由度并聯(lián)機構運動學及五自由度并聯(lián)機構的相關理論.pdf

1、少自由度并聯(lián)機構近年來成為國際機構學和機器人領域研究的熱點。它的運動學研究也隨之受到越來越多的關注。在機構運動學分析中，Jacobian矩陣扮演著一個不可或缺的角色。然而對于少自由度并聯(lián)機構，目前卻沒有一種統(tǒng)一并實用的建立其Jacobian矩陣的方法。為此，本文基于6自由度并聯(lián)機構的影響系數(shù)法，針對一類少自由度并聯(lián)機構(機構自由度等于支鏈自由度數(shù))，給出建立其N×N型Jacobian矩陣和N×N×N型Hessian矩陣的方法。同時通過引

2、入仿射坐標系，將該方法發(fā)展適用于全部14類少自由度并聯(lián)機構。利用N×N型Jacobian矩陣找出機構N個輸入速度元素與N個獨立輸出速度元素間的映射關系。并利用坐標變換，為N自由度并聯(lián)機構(N<6)給出一種建立6×N型Jacobian矩陣的方法。 在現(xiàn)有的少自由度并聯(lián)機構中，結構對稱的5自由度并聯(lián)機構歷史較短，且大部分現(xiàn)有機型的自由度為三轉兩移。在黃真教授等人于2002年利用基于約束螺旋的型綜合理論認清這類機構的約束關系并綜合出機

3、構實例后，人們才意識到這類機構的確存在。然而，僅僅意識到事物的存在并不代表認清它的本質。為了加深對該類機構本質的認識并探索這類機型的實用性，本文首先在現(xiàn)存的70余種機型中找出11種機型，并提出7種新機型。這18種機型不僅具有完全對稱的結構形式，而且可以采用機架副或與機架相鄰的移動副作為驅動副。完全對稱的結構形式有助于機構獲得近似各向同性的運動學特性。機架副驅動有助于減輕機構的額外負載，提高機構的運行速度。移動副驅動則有助于提高機構的承載

4、能力和加工精度。此外，本文還首次綜合出支鏈結構及安裝條件對稱的三移兩轉的并聯(lián)機構。 運動學是機構分析的重要組成部分。而談到運動學又不可避免地涉及到機構的奇異位型。由于約束關系的特殊性，5自由度并聯(lián)機構施加在運動平臺上有效約束一般只能為一。因而，這類機型的奇異可以分為兩類，即支鏈內(nèi)部發(fā)生類似于串聯(lián)機構的奇異以及鎖住驅動副后施加在運動平臺上的約束螺旋發(fā)生線性相關的奇異。本文在前述的18種機型中，找出在奇異分析中具有代表性的6種機型。