并联机构的设计与应用

2014-08-29 15:24 作者:管理员11 来源:未知 浏览: 字号:

摘要:并联机构是由多个相同类型的运动链在运动平台 和固定平台之间并联而成的。相对于串联机构,并联 机构的运动平台由多个驱动杆支承,结构刚度大,结 构更加德定;在相同自重与体积下承载能力更高;对 末端执行器没有误差积累和放大作用.误差小,精度 高;可以将电

    并联机构是由多个相同类型的运动链在运动平台
和固定平台之间并联而成的。相对于串联机构,并联
机构的运动平台由多个驱动杆支承,结构刚度大,结
构更加德定;在相同自重与体积下承载能力更高;对
末端执行器没有误差积累和放大作用.误差小,精度
高;可以将电动机安装在固定机座上,运动载荷比较
小,降低了系统的惯性,提高了系统的动力性能;在
运动学求解上,运动学逆解求解容易,便于实现实时
控制。
    并联机床属于新结构机床,其主要特征在于机床
中采用了不同于传统机床的并联机构。并联机床通过
改变驱动杆的长度或位置来改变安装有执行器的活动
平台的位姿,在活动平台上安装不同执行器就可进行
多坐标铣、钻、磨、抛光以及异型刀具刃磨等多种加
工任务,装备机械手腕、高能光薄或CCD摄像机等
末端执行器,还可完成精密装配、特种加工与测量等
作业。
    最初推出的并联机床均是建立在Stewart平台基
础上的六并联机床。以美国Giddings & Lewis公司推
出的Variax六并联机床为例,该机床用可伸缩的六根
杆支撑并连接运动平台(装有主轴头)与固定平台
(装有工作台)。每根杆均由各自的伺服电动机与滚
珠丝杠驱动。伸缩这6根杆就可以使装有主轴头的运
动平台进行三维空间的运动,从而改变主轴与工件的
相对空间位置,满足加工中刀具运动轨迹的要求。与
传统机床相比,这种六并联机床具有如下优点:刚性
为传统机床的5倍;精度比传统机床高2~I0倍;轮
廓加工速度与加速度可分别达到66m/min和1g,因
而轮廓加工的效率相当于传统机床的5~10倍。对于
传统机床需要多次定位工件才能加工的复杂曲面,这
种机床可以一次加工完成。然而,六并联机床适合应
用在精度、刚度和载荷/机床重量比要求高,而对工
作空间要求不大的场合。另外,为了实现所需加工的
轨迹,六并联机床的控制系统必须进行大盆复杂的计
算,因为刀具的任何运动都需要高性能的计算机来控
制所有6个轴的联动,正是这一点限制了它们的应
用。
    然而,墓于Stewart平台的六杆并联机构有工作
空间小、本身的奇异性和拐合性使其构型和总体布局
受限、任何运动均需六轴联动、运动正解复杂而难于
实现快速的实时控制等局限,使其难以实现产业化。
此外,并联机床(机器人)的每一个支链均通过铰
链与动、静平台相连,正是由于校链的精度、间隙和
接触刚性等问题,使得并联机床(机器人)的实际
整体精度和刚性降低。而且,并联的分支链越多,连
接这些分支链的铰链越容易产生叠加的随机性误差,
从而影响并联机器人(机床)的整体工作精度。从
这个意义上说,也可以解释为何少自由度并联机床
(机器人)比六杆并联机床(机器人)更易实现实用
化。为了克服六杆并联机构上述存在的一些问题,少
自由度并联机构特别是三自由度并联机构由于具有工
作空间相对较大,奇异性和祸合性相对较小,运动
学、动力学分析相对简单,灵活性较高,控制容易,
并且设计制造方便等优势,成为近年来国内外研究发
展的主流,特别是为了扩大工作空间,申并联结构的
混联机床(机器人)亦成为机器人领域的重要发展
方向。
(责任编辑:laugh521521)
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