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关于3—UPS并联机器人工作空间的探析


龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 关于 3—UPS 并联机器人工作空间的探析 作者:焦亚彤 来源:《硅谷》2013 年第 21 期 摘 要 首先对 3-UPS 并联机器人位置的确定进行了讨论,然后对 3-UPS 并联机器人工作空 间进行了分析,并对机构参数和工作空间的联系进行了研究,以期促进该类机器人研究的更一 步深入。 关键词 3-UPS 并联机器人;工作空间;探析 中图分类号:TP242 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2013)21-0024-02 1 3-UPS 并联机器人概述 在机器人领域,多种类型的并联机构相继出现,尤其是并联柔索机器人的设计和应用使得 并联机构的研究更上一层楼。现阶段,针对并联机构的相关研究仍旧未能突破 6 自由度 Gough (Stewart)机构的范畴。然而,实际情况是,部分工程施工时并未对运动平台提出非 6 个自由 度不可的要求。对机构自由度予以适当精简能够明显降低机构造价。由此可见,研发并应用较 少自由度的并联机构更加具有现实意义,基于这一理念,一系列 3 自由度并联机构开始进入人 们的视野。 为使拱泥机器人更具有灵活性,从而更好地适应海底泥土作业环境,结合其实际运动特 性,该领域的研发人员提出一种 3-UPS 并联机构的设计理念,并付诸了实践。 图 1 3-UPS 并联机器人的原理示意图 2 位置的确定 对 3-UPS 并联机器人原理进行归纳总结得出其示意图(详见图 l),关键部件包括以下四 个方面:1)动平台;2)基座;3)Di 支链连杆(数量为 3);4)支链 0bOm(数量为 1)。 在该机构中,Di 支链 UiSi(i=1,2,3)发挥驱动杆的作用,与此同时,联接动平台中心则发 挥从动杆的作用,基座中心支链 ObOm 也发挥从动杆的作用。动平台、基座,还有支链连 杆,这三者之间的联系与动作分别利用球副以及胡克铰链来实现。另外,动平台、基座之间的 联系与动作利用移动副来实现。 首先,应建立基坐标系 Ob-xbybzb;其次,应建立动坐标系 Om-xmymzm。Xb(xm)落在 基座平台上,而 zb(ym)则落在动平台上,且二者均和 yb(ym)轴保持垂直关系。对各顶点 (动平台以及基座)进行连线,则会组成一个正三角形。主要结构参数包括:1)rm-Om、Si 距离大小;2)rb—Ob、Ui 距离大小;3)l-UiSi 的初始长度。该机器人共涉及 3 个自由度: α,沿 xb 轴转动;β,沿 zb 轴转动;s,沿 yb 轴移动。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 在基坐标系中,四大顶点的坐标为: Ob=(0,0,0)T;U1=(0,0,rb)T;U2=(rb/2,0,-rb/2)T;U3=(-rb/2,0,rb/2)T。 在动坐标系中,各平台顶点坐标为: Om=(0,0,0)T;S1=(0,0,rm)T;S2=(rm/2,0,-rm/2)T;S3=(-rm/2,0,rm/2)T。 由动坐标系到基坐标系的变换矩阵为: 在基坐标系中,动平台上各顶点的坐标为: 在动坐标系中,动平台各顶点坐标为: 3 工作空间分析 在机械结构的一系列限制之下,对于并联机器人而言,在设置其支链连杆具体长度时应遵 循一定规则,即连杆长度不可超过某个范围,用 li 表示支链连杆杆长,用 limax 表示最大值, 用 limin 表示最小值,那么机构具体工作状态下的杆长 li 需要符合“limin≤li≤limax”这一基本的 约束条件。 假设该机构各个支链在 U

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