含正则支链的并联机器人雅可比简化分析方法.pdf

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1、第52卷第9期机械工程学报Vol.52No.92016年5月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGMay2016DOI：10.3901/JME.2016.09.036*含正则支链的并联机器人雅可比简化分析方法卜王辉郑钰馨张攀华滨滨(同济大学机械与能源工程学院上海200092)摘要：雅可比矩阵对并联机器人的速度、精度、刚度等性能分析有重要意义。通常雅可比分析需要计算与驱动关节运动螺旋不互易而与支链其他运动螺旋均互易的力螺旋，分析过程复杂，计算量大。为此，针对一类常见的特殊支链结构，提出正则支链的概念，研究了正

2、则支链的结构特征。分析了转动副和移动副的做功驱动力螺旋，提出含正则支链的并联机器人雅可比简化分析方法，克服了现有方法中计算驱动关节产生的支链约束螺旋的复杂过程。这种方法不必计算支链约束螺旋就能获得并联机器人的部分雅可比矩阵，进而结合支链约束螺旋获得并联机器人的整体雅可比矩阵，实现驱动关节与动平台之间运动和力的双向映射。方法不仅适用于常见的6自由度并联机器人，也适用于具有正则支链的少自由度并联机器人。关键词：并联机器人；雅可比；螺旋理论；驱动力螺旋；运动螺旋中图分类号：TH112SimplifiedJacobianAnalysis

3、forParallelRobotswithRegularLimbsBUWanghuiZHENGYuxinZHANGPanHUABinbin(SchoolofMechanicalEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092)Abstract：Jacobianissignificanttotheanalysisofkinematics,precisionandstiffnessofparallelmanipulators.Usuallythewrench,whichisreciprocalt

4、oallthetwistsinalimbexceptthetwistoftheactuatedjoint,isneededforJacobiananalysis.Theproceduretocalculatethiswrench,however,isquitecomplex.Hence,fortheparticularlimbstructurescommonlyusedinparallelrobots,anovelconceptabouttheregularlimbsispresented,andthelimbstructura

5、lcharacteristicsaresummarized.Theactuatingwrenchesoftherevoluteandprismaticjointsarestudied,andtheapproachtosimplifytheJacobiananalysisofparallelrobotsisproposedbasedontheactuatingwrenches,whichovercomesthecomplexprocedureinexistingmethodstocalculatethelimbconstraint

6、wrenchproducedbytheactuatedjoint.ThepartialJacobianmatrixcanbeobtainedwithoutthecalculationofthelimbconstraintwrenches,andtheoverallJacobianmatrixcanbederivedwiththeselimbconstraintwrenchestoperformthekinematicandstaticbijectionbetweenactuatedjointsandthemovingplatfo

7、rm.Theproposedmethodcannotonlyapplytothecommon6DOFparallelrobots,butalsoapplytothelowermobilityparallelrobotswithregularlimbs.Keywords：parallelmanipulators；Jacobian；screwtheory；actuatingwrenches；twists动关节产生的支链约束螺旋。进而根据支链运动螺1[8]0前言旋方程求解并联机器人的雅可比矩阵。HUANG在支链中增加虚拟连杆和虚拟关节

8、，将少自由度并[1-4]工业机器人应用广泛，并联机器人刚度高速联机器人扩充为虚拟的6自由度并联机器人。采用[5-6]度快，在工业生产中得到越来越多的关注。雅可6自由度并联机器人雅可比计算方法获取少自由度[9]比矩阵对并联机器人的速度、精度、刚度等性能分并联机器人