清華科技ISSN1007-021406/18pp269-275第12卷,第3號,2007年6月最優運動設計的一個二自由度平面并聯機械手*吳軍，李鐵民，劉辛軍，王立平制造工程研究所，精密儀器和機械學系，清華大學，北京100084,中國摘要：封閉了優化設計的運動學2自由度平面并聯機械手的解決方案。基于工作空間提出了優化設計。與此同時，一個全球性的，全面介紹了空調指數評估運動設計。最好的并聯機械手是納入一個五自由度混合機工具包括一個二自由度旋轉機頭和一個長移動工作臺。結果表明，平面并聯機械手的基礎試機工具可以成功地用于機葉片和導葉的水力渦輪機。關鍵詞:平面并聯機械手；全球調節指數；混合機工具介紹并行機制能夠非常快速和準確的運動，具有較高的平均剛度，且特征是在他們的工作空間，具有較低的慣性,可以操縱重載荷比串行、同行。因此,并行機制在為平臺的計算機數控加工的同時也被眾多研究者全面研究和制造。高夫斯圖爾特的該是最受歡迎的平行運動機配置，當并聯運動機床首次開發。并應用在機器人技術社區易感性的范圍，從高速操縱【1】來力扭矩傳感【2】。但是高夫斯圖爾特平臺對制造業的應用程序也有一些缺點，比如它的相對小的有用的工作區,復雜的直接運動學和設計困難。并聯機構少于6自由度是相對容易的設計及其運動學可以用封閉的形式描述。因此，并行機械手少于6自由度，特別是2或3自由度,已經越來越引起關注【3-5】。而在2個或3個平移自由度扮演重要角色的行業里，平行機械手能夠適用于并聯機器【6】挑選和地方應用【7】和其他領域。大多數現有的2自由度平面平行機械手是著名的五桿機構，用的是棱鏡執行機構或外卷的致動器【8、9】。這機械手輸出是平移運動的一種點和末端效應器取向不能保持不變。運動學設計方法的一個關鍵部分是平行機制運動的設計理論。優化設計可以基于不同評估標準，括剛度【10】、敏捷、或一個全球調節指數【11、12】。因此,沒有一個是被廣泛接受的設計方法。黃等、艾爾【13】，提出了一種混合的方法基于調節指數。而LiuXJ【14】給了一個全球剛度索引類似全球調節指數。本文描述了一個平面并聯機械手的分析。機械手的兩個平移自由度不同，從傳統的五桿機構在一個平行四邊形結構用在每個鏈的運動學進行了分析，得到一個最佳的運動設計。盡量減少全局,全面調節指數，結果給最優鏈路長。一個五自由度混合機工具的開發是由一個串并聯結構和并聯機械手結合1自由度平移工作臺和一個二自由度旋轉銑頭。為制造企業混合機工具使用平面并聯機械手一直用磨葉片和導葉的水力渦輪表明混合機工具是合適的。1、結構描述二自由度并聯機械手的圖1所示。這個機制是由一個龍門框架,一個移動的平臺,兩個主動滑塊,兩個運動鏈。每個鏈建設作為一個平行四邊形。按照設計,機械手是在約束一個平行四邊形鏈接和另一個單一的鏈接的足夠移動平臺,擁有2平移自由度。兩個平行四邊形鏈被用來增加剛度,使結構對稱。收到:2006-06-02；修訂:2006-08-21*國家自然科學基金資助的中國(第50305016號)和國家高科技研究和振(863)計劃的中國(Nos。2004aa424120和2005aa424223)*電子郵件:；電話:86-10-62792792圖1運動學模型運用P1andP2(見圖1)被添加到機制來提高負載能力和加速度的致動器。獨立驅動的滑塊由兩個伺服電機在列上沿著導軌滑動安裝在列,因此移動平臺由純粹的平移運動在一個平面組成。2、運動學和奇異性2.1逆運動學因為運動的兩個鏈接的每個運動鏈是相同的平行四邊形結構,鏈模型可以簡化為一個鏈接AiBi(i=1,2)見圖1。基坐標系O-xy附加到基地以其y軸垂直通過21BB的中點。一個移動的坐標系統O-xy是固定在移動平臺。rAi和rBi分別是位置向量Ai和Bi的接頭位置的。2r是移動平臺寬度和兩列。位置矢量的起源O與關于這個坐標系o-xy被定義為rO=xyT(1)位置矢量Ai的位置在O-xy是rA1=r0T(2)rA2=r0T(3)然后這個位置向量Ai在基坐標系O-xy可以表示為270清華大學科學與技術,2007年6月,12(3):269-275rAi=rO+rAi(4)各關節的位置矢量Bi位置在O-xy是RB1=ry1T(5)RB2=ry2T(6)因此,約束方程關聯第i運動鏈可以寫成rAi-rBi=lini,i=1,2b(7)在l,n表示長度和鏈接的單位向量,分別。以2規范雙方的Eq。(7)給了yl=y21)Rr-(x-l2+(8)y2=y22)-r(x-l2+(9)為配置圖1所示,逆運動學正解yl=y+21)Rr-(x-l2+(10)y2=y+22)-r(x-l2+(11)從方程式。(10)和(11),該解決方案直接運動學的機械手可以表示為)1(2)f-y-)(1(4f)2y-(2af-222121221+=alay(12)在a=()rRy-2y