邱冰,李小兵,石志新,贾超逸,罗玉峰

(南昌大学先进制造学院,江西 南昌 330031)

欠秩并联机器人机构具有结构紧凑简单、设计加工简便、控制简单等优点,是机构学研究领域的热门之一[1-3],在工业生产以及航空等其他领域具有广泛的应用前景[4-8]。

近年来,许多来自国内外的学者研究了三自由度并联机构机器人拓扑结构类型。1983年,1T2R型三自由度并联机构3-RPS首次由Hunt[9]提出。冯永平等[10]运用方位特征集理论对一平移二转动并联机构进行了型综合,给出了一平移二转动输出并联机构拓扑结构设计的一般步骤及其具体方法。张志良等[11]运用螺旋理论分析了一平移两转动机构及其位置。季青等[12]以一平移两转动机构为研究对象,分析其机构运动学和工作空间。沈惠平等[13]对单自由度一平移两转动并联运动振动筛进行了动力学分析,为多回路并联机构动力学参数优化提供了理论基础。谢冬福[14]等提出了一种并联腿六足农业机器人,对并联腿机构运动学和工作空间进行了深入研究。陈淼等[15]设计了一种3-RPS/SPS并联机构,通过建立其运动学模型和使用闭环矢量法,系统地分析了机构正逆运动学。

本文提出一种新型1T2R并联机构2-SPS/PRR。首先利用方位特征方程对该机构进行拓扑结构分析,得到其方位特征集。根据Yang和Sun提出的更具有一般性的自由度(degrees of freedom,DOF)公式,验证其DOF。利用封闭矢量法分析其运动学逆解,机构运动学正解通过多种群遗传算法得到,并与逆解相互印证,而后基于蒙特卡洛算法求解其工作空间,最后进行运动学仿真分析得到其运动变化曲线,为后续研究和设计该类型的机械构型提供参考依据。……