新型四自由度并联机构运动学分析及其优化设计

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2018.04.016

东北大学学报:自然科学版 ›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (4): 532-537.DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2018.04.016

新型四自由度并联机构运动学分析及其优化设计

王学雷，赵栋杰，张宾，李伟

(中国农业大学工学院，北京100083)

收稿日期:2016-11-28 修回日期:2016-11-28 出版日期:2018-04-15 发布日期:2018-04-10
通讯作者: 王学雷
作者简介:王学雷(1987- )，男，河北邢台人，中国农业大学博士研究生；张宾(1964- )，男，北京人，中国农业大学教授.
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51171041).国家重点研发计划项目(2016YFD0701501).

Kinematics Analysis and Optimization Design of Noval 4-DOF Parallel Mechanism

WANG Xue-lei， ZHAO Dong-jie， ZHANG Bin， LI Wei

College of Engineering， China Agricultural University， Beijing 100083， China.

Received:2016-11-28 Revised:2016-11-28 Online:2018-04-15 Published:2018-04-10
Contact: ZHANG Bin
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摘要/Abstract

摘要： 提出一种能够实现两维移动和两维转动的四自由度并联机构，该机构包含3条UPS型驱动分支和1条UPR型驱动分支.建立了该并联机构的三维模型及位置反解方程，利用虚设机构法求出机构一阶和二阶影响系数矩阵，并推导了速度和加速度表达式.利用Jacobian 矩阵条件数对机构进行全域性能指标分析，得到机构尺寸变化对性能的影响趋势，以及所给尺寸范围内速度、加速度性能较好的尺寸.数值算例验证了性能指标分析的正确性，为机构优化设计提供了理论依据.

关键词: 并联机构, 运动学, 虚设机构法, 影响系数矩阵, 全域性能指标

Abstract: A novel 3UPS-UPR 4-DOF parallel mechanism (PM) with three UPS-type active legs and one UPR-type active leg was presented. A three-dimensional model and the inverse kinematic formulas of this PM were constructed， the first-order and second-order comprehensive influence coefficient matrices were derived based on virtual mechanism method， and analytic formulas for solving the velocity and acceleration of this PM were derived. The global performance index of this PM was analyzed using the condition number of Jacobian matrix， the impact trend of the moving platform and fixed base’s dimensions on global performance index was obtained， and the dimensions with good velocity and acceleration performances were obtained. Numerical examples verified the correctness of global performance index， and provided foundation for the optimization design of PMs.

Key words: parallel mechanism, kinematics, virtual mechanism method, influence coefficient matrices, global performance index

中图分类号:

TH112

王学雷，赵栋杰，张宾，李伟. 新型四自由度并联机构运动学分析及其优化设计[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2018, 39(4): 532-537.

WANG Xue-lei， ZHAO Dong-jie， ZHANG Bin， LI Wei. Kinematics Analysis and Optimization Design of Noval 4-DOF Parallel Mechanism[J]. Journal of Northeastern University Natural Science, 2018, 39(4): 532-537.

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Kinematics Analysis and Optimization Design of Noval 4-DOF Parallel Mechanism

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