具有一移动两转动并联机构设计及运动学分析

摘要

目的针对食品行业包装工作量大,人工成本逐级提高且易出错的现状,设计一种能实现复杂运动的新型并联机构。方法利用螺旋理论分析支链运动螺旋和约束螺旋,通过修正的Kutzbach-Grübler公式计算机构自由度。根据机构学和几何学关系,建立机构输入、输出参数关系方程;通过位置关系方程,得到机构输入、输出的速度和加速度关系方程。由于机构速度雅克比矩阵复杂,将判断矩阵是否满秩问题转化为多元函数求极值问题。根据机构约束条件,计算机构运动平台工作空间。建立机构位置正解的适应度评价函数,将改进的粒子群优化算法与迭代法相结合,求解机构位置正解。利用五次多项式对动平台中心点运动位姿进行轨迹规划,得到运动学输入参数的变化规律。结果机构具有一移动两转动自由度。通过对上述问题数学模型的求解发现,机构不存在明显奇异位形,且工作空间连续,姿态角运动范围大。求得了机构高精度位置正解,驱动副运动学参数变化平稳,符合轨迹规划预期。结论该新型并联机构满足食品抓取和装箱时所需的大工作空间要求,可以实现平稳运动,计算结果为机构动力学分析和实时控制奠定了理论基础。