具有弱耦合无奇异特征的空间移动并联机构及运动学分析

摘要

针对并联机构输入/输出强耦合、存在奇异位形,影响实时控制的问题,设计一种弱耦合、无奇异空间移动并联机构,机构由两条CRR拓扑结构支链和一条UPS支链组成.利用螺旋理论分析了支链运动螺旋和约束螺旋,通过修正的Kutzbach-Grübler公式计算了机构自由度.选取支链驱动副,锁住驱动副得到约束螺旋,通过约束螺旋是否满秩证明机构输入选取合理.建立机构输入、输出位置关系方程,得到了部分解耦的正、逆位置解析解;对位置关系求导得到机构的输入、输出的速度关系和雅克比矩阵.计算速度雅克比矩阵行列式,发现机构在正常运动条件下不存在奇异位形.根据机构结构参数,计算机构中心点的工作空间,可达区域连续且无空洞.利用五次多项式对动平台中心点进行轨迹规划,得到运动学输入参数的变化规律.研究结果为机构动力学分析和实时控制提供理论基础.