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      并聯機構性能評價指標

      2014-08-29 15:36 作者:管理員11 來源:未知 瀏覽: 字號:

      摘要:并聯機構性能評價指標 1 雅可比(Jacobian)矩陣 速度雅可比矩陣是機器人分析及設計的基

      并聯機構性能評價指標
       1 雅可比(Jacobian)矩陣
          速度雅可比矩陣是機器人分析及設計的基礎。通
      過分析雅可比矩陣的秩,可以探究機器人的奇異性,
      另外,許多有關設計的運動性能指標都也都是基于雅
      可比矩陣來構造的,如工作空間、靈巧度、運動解禍
      性、各向同性、剛度等。
          相比串聯機器人而言,并聯機器人的速度雅可比
      求解要復雜得多,這主要是并聯機器人所具有的多環
      結構特點決定的。求解的方法有多種,其中有兩種主
      要的方法:封閉矢量求導法和旋量法。這里重點介紹
      封閉矢量求導法。


      只具有轉動自由度的并聯機構
      每條支鏈轉動副轉動角定義



      2奇異位形
          并聯機構的奇異位形分為邊界奇異、局部奇異和
      結構奇異3種形式。奇異位形是機構固有的性質,它
      對機器人機構的工作性能有若嚴重的影響。當機構處
      子某些特定的位形時,其雅可比矩陣成為奇異陣,其
      行列式為零或無窮大或不確定。此時機構的位形就稱
      為奇異位形。當機構處于奇異位形時,其操作平臺具
      有多余的自由度,這時機構就失去了控制,因此在設
      計和應用并聯機構時應該避開奇異位形。
          (1)邊界奇異位形
          當雅可比矩陣的行列式等于零時,即

      機構處于結構奇異位形。結構奇異位形也是并聯機構
      特有的,只有在特殊機構尺寸時方能產生,故稱之為
      結構奇異位形。
      3工作空間
          機器人的工作空間是機器人操作器的工作區域,
      它是衡量機器人性能的重要指標。并聯機器人由于其
      結構的復雜性,其工作空間的確定是一個具有挑戰性
      的課題。并聯機器人工作空間的解析求解是一個非常
      復雜的間題,它在很大程度上依賴于機構位置解的結
      果。
          機器人的工作空間有3種類型:
          可達工作空間(reachable workspace),即機器人
      末端可達位it點的集合;
          靈巧工作空間(dextrous workspace.),即在滿足
      給定位姿范圍時機器人末端可達點的集合;
          全工作空間(global workspace),即給定所有位
      姿時機器人末端可達點的集合。
          圖11.8-5所示機構的尺寸和約束相對于Rp正則
      化后的量綱為一的尺寸如下

      Stewart平臺機構
      的xz和XY截面。從圖中可以得出如下的結論:
          1)工作空間的邊界由3部分組成,第一部分是
      由于受最大桿長限制而產生的工作空間的上部邊界,
      第二部分是由于受最短桿長限制而產生的工作空間的
      下部邊界,第三部分是由于受關節轉角限制產生的兩
      側邊界;
          2)當上下平臺始終平行時,工作空間是關于Z
      軸對稱的;
          3)對運動平臺的姿勢角要求越大,則工作空間
      越小。

      出,運動平臺的姿勢角越大,則工作空間的休積越
      小。若改變關節相對于平臺的安裝姿勢,使得表示關
      節方位的向量沿1m方向,則可以擴大工作空間的體
      積,此時工作空間的體積與關節轉角的關系如圖
      11.8-7b所示,在這種情況下,當關節轉角比較小時,
      工作空間的體積有明顯的增加。圖11.8-7c所示為工
      作空間的體積與驅動連桿行程的關系,連桿的行程與
      最短和最長桿具有同等的意義,從圖可以看出,工作
      空間的體積大約與連桿的行程成立方關系。圖11.8-
      7d所示為工作空間的體積與下平臺和上平臺的半徑
      的比值的關系,如此可見,當上下平臺具有相同的尺
      寸時,操作器具有最大的工作空間。
      機構的參數對工作空間的影響
      (責任編輯:laugh521521)
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