Gantry-Tau并联机构运动学分析.pdf.pdf

现代设计与先进制造技术·王桃章吴洪涛缪群华等Gantry—Tau并联机构运动··?‘35Gantry—Tau并联机构运动学分析王桃章,吴洪涛,缪群华,程世利,韩玉臻(,江苏南京210016)((集团)机床有限责任公司,山东德州253003)摘要:针对目前大部分的并联机构工作空间小这一缺点,研究了一种新型的3自由度并联机构。通过约束螺旋理论分析了机构的自由度,该机构具有2个平动自由度和1个转动自由度;进一步用解析的方法研究了该并联机构的运动学正反解;最后给出了该机构运动学的数值算例,为该类并联机构的进一步研究和应用提供参考。关键词:螺旋理论;并联机构;自由度;运动学分析中图分类号:TH1l2;TP242文献标识码:A文章编号:1672—1616(2012)07—0035—05并联机构作为机构学研究的前沿,近几十年来吸引了许多学者对其进行研究,学者们提出了许多巧妙的并联机构。并联机构中的Tau家族是由ABB公司发明的_1J,Gantry—Tau机构便是其中之Gantry—Tau机构具有并联机构共有的优点,例如操纵器连接杆件只受到轴向力、质量轻、低惯量、高刚度、高速度、高加速度、高切削力、便于装配等【2J,而且Gantry—Tau机构克服了普通并联机构中杆件缠绕这一缺点,降低杆件弯矩对机构的影响。此外Gantry—Tau机构相比其他并联机构,有着较大的工作空间等【0J。Gantry—Tau机构制造成本较低,柔性化程度较高,比较适用于中小型企业_8_8。一般用螺旋理论_9_9来研究此类并联机构时,先分析其支链运动副的运动螺旋,进而求出其约束螺旋,然后综合各支链的约束螺旋,求得其总反螺旋即可。针对本文研究对象杆件都为二力杆这一特点,分析杆件时没必要分别求出两端的运动螺旋,可以直接根据二力杆受力方向即为约束螺旋方向,求它的反螺旋,此反螺旋即为杆件的运动螺旋,从而简化了求解过程。1机构构型介绍Gantry—Tau是由3个分支组成的并联机构,这3个分支分别由3根杆组成,分别称之为杆簇1,2,3,如图1所示?1。机构简图如图2所示,每一根杆件两端分别用球铰与动平台和移动基座连接;基座固定在滑块上,能在导轨上移动,3根导轨平图1昆士兰大学制作的Gantry—Tau物理样机图2Gantry—Tau机构简图收稿日期:2011—09—02作者简介:王桃章(1986一),男,湖南娄底人,南京航空航天大学硕士研究生,主要研究方向为机器人。362012年4月中国制造业信息化第41卷第7期行布置。机构中,/J,FB,EA,KL长度相等。GH长度z1,Ⅸ,儿长度为Z2,EF,,413长度为z3,B是CD中点且CD垂直于BL,H是FK中点,O(TCP)是BL的中点。2自由度计算在Gantry—Tau结构中,构件数目=11,包括6根杆、1个动平台、1个定平台和3个移动基座,并且移动基座为驱动构件。约束包括12个球铰副和3个移动副。由于杆的两端都是球铰,故对于每一根杆,都有一个局部自由度,故=6。由Kutzbach—Grfibler公式:M=6(一g一1)+2+一:6×i1(1)(11—15—1)十(3×12+3)+0—6=3可知此机构自由度为3,接下来用约束螺旋理论[10]具体确定这3个自由度。:因为每一根杆件两端都是球铰