4SPS-CS并联机构刚度特性分析

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并联机构具有累积误差小、精度高、刚度高、承载力强等优点。它与广泛应用的串联。机构在应用上形成互补关系,扩大了整个机构的应用领域。少自由度并联机构作为并联机构的重要分支,近年来成为机器人领域的研究热点。本文以4SPS-CS并联机构为研究对象,主要对机构进行了运动学分析、工作空间分析和刚度特性分析。  基于螺旋理论分析了4SPS-CS并联机构能够实现三个转动以及一个移动的运动学原理,并采用修正的Grubler-Kutzbach公式求解了该并联机构的自由度。  基于坐标转换和同一坐标系之中两点之间的距离公式建立了4SPS-CS并联机构的位置方程,对得到的位置方程求一阶微分得到了机构的速度方程,求得了该并联机构的雅克比矩阵。  对4SPS-CS并联机构的结构约束进行了分析,采用空间搜索法,求得了该并联机构在不同高度处的姿态工作空问。并采用MATLAB仿真得到了机构的姿态工作空间。分析了高度对于该并联机构姿态工作空问的影响。  建立了4SPS-CS并联机构的传统刚度矩阵,对机构的全局刚度及局部刚度进行了仿真,分析了机构在传统刚度模型下的刚度特性。  基于新的守恒协调转换刚度矩阵建立了4SPS-CS并联机构的刚度模型,采用MATLAB仿真得到了刚度分布曲线,对机构的刚度特性进行了分析。指出了外力导致机构雅克比矩阵微分变化,进而对机构刚度产生影响的不可忽略性。讨论了上下平尺寸和高度等结构参数对于机构刚度的影响。以刚度矩阵的最小奇异值定义了该并联机构的刚度性能指标,并用MATLAB仿真,仿真结果表明该并联机构具有良好的刚度特性。
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