宁峰平，李瑞琴，张磊，王远

工艺与装备

面向大型构件印刷的并联驱动双向转动机械臂运动学分析

宁峰平1,2，李瑞琴1,2，张磊1,2，王远1,2

（1.中北大学 机械工程，太原 030051；2.先进制造技术山西省重点实验室，太原 030051）

为实现工作臂末端到达平面或曲面内特定位置，提出一种应用于大型构件印刷的2–UCU/U并联驱动双向转动机械臂。应用螺旋理论分析2–UCU/U机构的约束螺旋系，得出该机构的自由度，验证输入选取的合理性。利用封闭矢量法，求解得出机构的位置反解，建立速度雅可比矩阵。使用搜索法，借助Matlab求得机构的工作空间，分析机构输入与输出运动关系。求解得到2–UCU/U并联驱动双向转动机械臂的工作空间，其形状为球形曲面；分析表明，该机构的运动为俯仰和偏航2个方向的转动。驱动副的同向运动实现工作臂的仰俯运动，驱动副的反向运动实现工作臂的偏航运动，因此可使工作臂末端到达工作面所需位置，最终可使连于工作臂末端的工具在特定位置工作。

机械臂；并联驱动；双向转动；工作空间；运动学；大型构件印刷

双向转动机械臂通过2个转动，可以实现工作臂末端到达工作面内所需的位置，实现精准定位。与传统的串联机械臂相比，并联驱动机械臂具有刚度大、精度高、承载能力强，无累计误差等优点。在承载能力要求高的场所，并联驱动机械臂应用越来越多，如包装生产线上印刷[1]、雕刻[2]、码垛[3]等，以及高空作业平台[4]、船舶纵横摇摆模拟器[5]等。在大型构件表面进行印刷、喷涂、雕刻等工作，诸如机翼、船坞等大型构件的表面印刷，对定位精度、误差累计的要求高，同时对机械臂的刚度和承载能力也有较高的要求，因此构建一种并联驱动机械臂具有广泛的应用前景。……