R(RPS&RP)&2-UPS并联机构运动学建模与性能评价

doi:10.3901/JME.2024.24.330

机械工程学报 ›› 2024, Vol. 60 ›› Issue (24): 330-339.doi: 10.3901/JME.2024.24.330

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R(RPS&RP)&2-UPS并联机构运动学建模与性能评价

汪满新, 李正亮, 王明昊

南京理工大学机械工程学院南京 210094

收稿日期:2024-01-15 修回日期:2024-10-09 出版日期:2024-12-20 发布日期:2025-02-01
作者简介:汪满新，男，1987年出生，博士，副教授。主要研究方向为机构学、机器人和机床功能部件。E-mail：mxwang@njust.edu.cn;李正亮，男，1996年出生，硕士。主要研究方向为机构学、机器人。E-mail：lizl@njust.edu.cn;王明昊，男，1998年出生，博士研究生。主要研究方向为机器人动力学和控制技术。E-mail：965795784@qq.com
基金资助:
民用航天资助项目(D030202)。

Kinematics Modeling and Performance Evaluation of R(RPS&RP)&2-UPS Parallel Mechanism

WANG Manxin, LI Zhengliang, WANG Minghao

College of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094

Received:2024-01-15 Revised:2024-10-09 Online:2024-12-20 Published:2025-02-01

摘要/Abstract

摘要： 研究一种新型五自由度混联机器人的主机构R(RPS&RP)&2-UPS并联机构运动学建模与性能评价方法，该机构由一条1T2R(T表示移动，R表示转动)空间混合运动链和两条空间无约束主动支链组成。基于位置解析解以及几何约束，建立工作空间的参数化模型并提出任务空间/机构体积比指标；采用矢量法建立其解耦雅可比矩阵，进而得出并联机构末端速度与驱动关节速度之间的映射关系，借助矩阵论提出一套可衡量此类机构切向和法向速度传递特性的运动学性能评价指标；在此基础上，研究尺度参数对机构全域运动学性能及任务空间/机构体积比指标的影响规律，并以运动学性能和几何干涉等为约束得出机构尺度参数可行域。最后，通过比对分析验证所提出的R(RPS&RP)&2-UPS并联机构与著名Tricept机器人和TriMule机器人中的并联机构具有相似的运动学性能，表明R(RPS&RP)&2-UPS并联机构具有良好的应用前景。

关键词: 并联机构, 运动学建模, 性能评价

Abstract: The kinematics modeling and performance evaluation method of R(RPS&RP)&2-UPS parallel mechanism for a new five-degree-of-freedom hybrid robot are studied, the mechanism is composed of a 1T2R (T means translation, R means rotation) spatial hybrid kinematic chain and two spatial unconstrained active branch chains. Based on the position analytic solutions and geometric constraints, a parameterized model of the workspace is established and the index of task space/mechanism volume ratio was proposed. The decoupling Jacobian matrix of the mechanism is established by the vector method, and the mapping relationship between the end velocity of the parallel mechanism and the velocity of the driving joint are obtained, with the help of matrix theory, a set of kinematic performance evaluation indexes that can measure the tangential and normal velocity transfer characteristics of such mechanisms were proposed; On this basis, the influence of scale parameters on the global kinematic performance of the mechanism and the index of the task space/mechanism volume ratio are studied, and the feasible region of the scale parameters of the mechanism is obtained with the constraints of kinematic performance and geometric interference. Finally, it is verified by comparative analysis that the proposed R(RPS&RP)&2-UPS parallel mechanism has similar kinematic performance with the parallel mechanisms of the famous Tricept robot and TriMule robot, indicating that the R(RPS&RP)&2-UPS parallel mechanism has excellent application prospects.

Key words: parallel mechanism, kinematic modeling, performance evaluation

中图分类号:

TP24

汪满新, 李正亮, 王明昊. R(RPS&RP)&2-UPS并联机构运动学建模与性能评价[J]. 机械工程学报, 2024, 60(24): 330-339.

WANG Manxin, LI Zhengliang, WANG Minghao. Kinematics Modeling and Performance Evaluation of R(RPS&RP)&2-UPS Parallel Mechanism[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2024, 60(24): 330-339.

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Kinematics Modeling and Performance Evaluation of R(RPS&RP)&2-UPS Parallel Mechanism

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