一种新型低耦合度3T1R非全对称并联机构的刚度性能分析

正骁 许; 广磊 吴; 惠平 沈

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2019.12.024

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一种新型低耦合度3T1R非全对称并联机构的刚度性能分析

试验分析 | 更新时间：2022-10-25

- 一种新型低耦合度3T1R非全对称并联机构的刚度性能分析
- Stiffness Analysis of a New Low Coupling 3T1R Asymmetrical Parallel Mechanism
- 机械传动 2019年43卷第12期页码：131-139
- 作者机构：
  
  1.常州大学现代机构学研究中心，江苏常州 213016
  2.大连理工大学机械工程学院，辽宁大连 116024
- 作者简介：
  
  许正骁（1992— ），男，江苏海门人，硕士研究生，主要研究方向为并联机构性能分析。
  沈惠平（1965— ），男，江苏吴江人，教授，博士生导师，主要研究方向为并联机构。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(51375062;514755050)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2019.12.024
  中图分类号：
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许正骁,吴广磊,沈惠平.一种新型低耦合度3T1R非全对称并联机构的刚度性能分析[J].机械传动,2019,43(12):131-139.

Xu Zhengxiao,Wu Guanglei,Shen Huiping.Stiffness Analysis of a New Low Coupling 3T1R Asymmetrical Parallel Mechanism[J].Journal of Mechanical Transmission,2019,43(12):131-139.
许正骁,吴广磊,沈惠平.一种新型低耦合度3T1R非全对称并联机构的刚度性能分析[J].机械传动,2019,43(12):131-139. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2019.12.024.

Xu Zhengxiao,Wu Guanglei,Shen Huiping.Stiffness Analysis of a New Low Coupling 3T1R Asymmetrical Parallel Mechanism[J].Journal of Mechanical Transmission,2019,43(12):131-139. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2019.12.024.

摘要

具有空间三平移一转动（3T1R）功能的并联机器人操作手，因其具有工作空间大、易实现高速、成本低等优点，在工业上获得广泛应用。针对作者提出的一种新型3T1R非全对称并联机构进行了刚度性能分析。首先，对该机构进行了拓扑结构的描述；其次，基于虚拟弹簧法建立了每条支链的刚度模型并求解其刚度矩阵；然后，对机构笛卡尔刚度矩阵中扭转刚度和线性刚度的变化趋势进行了分析，并讨论了冗余支链对整体刚度性能的影响；最后，结合ANSYS的有限元分析对该方法的计算数值进行了验证。研究结果为该并联机器人操作手的结构设计、样机研制奠定了基础。

Abstract

Parallel robot manipulator with the function of space three translations and one rotation (3T1R) is widely used in industry because of its advantages of large working space, easy to realize high speed and low cost. The stiffness performance of a new 3T1R asymmetrical parallel mechanism is analyzed. Firstly, the topological structure of the mechanism is described. Secondly, based on the virtual spring method, the stiffness model of each branch is established and its stiffness matrix is solved. Then, the changing trend of torsional stiffness and linear stiffness of the Descartes stiffness matrix is analyzed, and the influence of redundant branches on the overall stiffness performance is discussed. Finally, the numerical value of the method is verified by the finite element analysis of ANSYS. The work lays a foundation for the structural design and prototype development of the parallel manipulator.

关键词

并联机构刚度矩阵虚拟弹簧法冗余支链

Keywords

Parallel mechanismStiffness matrixVirtual spring methodRedundant chain

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