吴超宇 钱小吾 余 伟 于 今 程 敏

(1.重庆大学机械传动国家重点实验室, 重庆 400044； 2.镇江高等专科学校基础部， 镇江 212002)

引言

并联机器人结构的特殊性，使其与串联机器人相比，具有刚度大、承载能力强、精度高、自重负荷比小及动态响应性能好等一系列优点，近年来已成为机器人研究领域的主要热点之一[1-2]。并联机器人整体结构简单、紧凑，驱动部分均布于固定平台，这些特点使它具有良好的运动学和动力学特性。由于并联机器人机构是由多关节、多连杆组成，具有多个输入和输出，通常是一个多自由度、高度非线性、多参数耦合的复杂系统[3-5]，因此其运动学和动力学数学模型的建立是复杂的，求解比较困难。国内外学者对各类型并联机器人的运动学和动力学作了大量的研究[6-15]，ROMDHANE[8]提出了一种解析法求解位置正解。ZENEBE[10]通过螺旋代数理论对平移类并联机器人进行了速度与加速度的研究，提出了一种用于加速度分析的海塞矩阵关系。建立雅可比矩阵和海塞矩阵是目前比较常用的方法，并且只与行位有关，不需要求导。动力学常用的方法是牛顿-欧拉法、拉格朗日法、虚功原理法、Hamilton法等,NABAT等[13]和PIERROT等[11]、HUANG等[15]分别就各自的类Delta机构建立了简化动力学模型，并通过仿真和试验验证其模型。

本文在借鉴前人研究的基础上，根据直线驱动型并联机器人的几何结构模型，利用矢量法建立机器人的运动学模型，推导出运动学逆解、速度和加速度模型；利用虚功原理建立并联机器人的动力学模型 ，分析机器人机械系统中各运动部件在虚位移下对应的广义力，并通过Matlab和ADAMS联合仿真和负载特性试验验证所建立的动力学理论模型的正确性。……