第九章_并联柔性铰机器人的静刚度研究.pdf

( ) ISSN清华大学学报 自然科学版 1999 年 第 39 卷 第 8 期 532 CN 112223N 　 ( ) , 1999, . 39, . 8 16～ 20 J T singhua U niv Sci T ech V o l N o 　 并联柔性铰机器人的静刚度研究 李　嘉, 　陈　恳, 　董　怡, 　张伯鹏 清华大学 精密仪器与机械学系, 北京 100084 文　摘　并联柔性铰机器人是一类具有超精密定位能力的 微动操作手, 对这类采用非常规运动副的微动机器人, 其静 刚度在相当程度上决定了机器人的有载定位精度。该文首先 通过一系列坐标系的建立和转换, 导出终端位姿的摄动位移 与柔性铰微变形间的映射关系, 进而利用虚功原理提出并联 柔性铰机器人的静刚度模型, 显示出影响静刚度的主要因素 不仅与传动刚度有关还与柔性铰的刚度有关, 此外通过该模 型研究了静刚度特性, 其结果可用于指导机构优化设计。最 后, 以实例分析了并联柔性铰机器人的静刚度。 关键词　并联机器人; 微操作; 柔性铰; 静刚度 分类号　T P 242 　　以压电陶瓷为驱动器的并联柔性铰机器人被广 泛用于微操作领域[ 1～ 4 ] 。设计这种机器人的机械结 构时, 静刚度是一个非常重要的设计准则, 它不仅和 外载大小直接决定了终端变形的大小, 对终端定位 精度有相当大的影响; 而且在一定终端变位范围 内, 使静刚度可控还可获得可控的终端输出力[ 5, 6 ]。 图 1　并联柔性铰机器人的结构示意图 本文针对 6 自由度、 副的并联柔性铰机器人进 PSS 式中: x , y , z —分别为动坐标系原点O P 相对参考 行了静刚度研究, 通过摄动位移间映射关系的分析, 坐标系的坐标分量; , , —分别为动坐标系绕参 在虚功原理的基础上, 建立了静刚度模型, 并利用静 考坐标系X , Y , Z 轴的摄动角位移。矢量P P i = 刚度性能指标分析了工作空间中各点的刚度情况, ′ ′ ′ T [ 　 　 　1 ] 表示 点相对于动坐标系的坐 p ix p iy p iz P i 最后给出了一实例计算。 B 标, 则 P i 点 相 对 参 考 坐 标 系 的 坐 标 P i = 1　并联柔性铰机器人的静刚度分析 [ 　 　 　1 ]T 可用下式描述: p ix p iy p iz B P P ( ) 1. 1　并联柔性铰机器人摄动微位移分析 P i = B T P i 2