繩牽引并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的工作空間性能研究

汪選要　葉友東　張文祥

摘 要： 工作空間是評價(jià)并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作能力的一個(gè)重要指標(biāo)，傳統(tǒng)的工作空間優(yōu)化與求解方 法極為復(fù)雜。本文提出了評價(jià)繩牽引并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)CRPM (Completely Restrained Positi on Mechanisms)工作空間性能的參數(shù)GCI(Global Condition Index)，并基于矢量封閉原理 分析其可達(dá)工作空間性能，并通過實(shí)例分析優(yōu)化其結(jié)構(gòu)尺寸。

關(guān)鍵詞：工作空間; 矢量封閉原理; GCI

中圖分類號：TH112 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-1098(2008)03-0031-03

繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為一種新型的并聯(lián)運(yùn)動機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、慣性小、平動空間大 和運(yùn)動速度快等優(yōu)點(diǎn)。從20世紀(jì)90年代初至今，美國、日本、德國、意大利、加拿大、南朝 鮮和法國等國的研究人員紛紛開展這方面的研究工作，并取得了一批矚目的研究成果。特別 是法國國家航空局支持的SACSO項(xiàng)目關(guān)于繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于飛行器風(fēng)洞試驗(yàn)的研究，為 風(fēng)洞飛行器的模型支撐技術(shù)提供了一個(gè)嶄新的方法［1］。

六自由度繩牽引并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)應(yīng)用于飛行器模型風(fēng)洞試驗(yàn)有以下優(yōu)點(diǎn)： ①對原系統(tǒng)稍 加改造便可實(shí)現(xiàn)模型姿態(tài)的變化；②對空氣流場干擾降低； ③模型可做大一些，對其姿態(tài) 的控制要容易；④便于姿態(tài)角處于耦合時(shí)對動力學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析［2］。

工作空間是評價(jià)并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作能力的一個(gè)重要指標(biāo)，工作空間分析是并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的重 要基礎(chǔ)，工作空間的大小決定了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的活動空間。

工作空間的求法分為兩類：一類是解析法［3］12；一類是數(shù)值法［4］。在解 析法方面，具有代表性是Gosselin的幾何法［3］14 ，提出了若干工作空間的定義與 分析。

數(shù)值解的思路一般是根據(jù)平臺的約束條件搜索工作空間邊界，具體的方法主要有網(wǎng)格法 、蒙特卡過大量計(jì)算；優(yōu)化法推導(dǎo)與求解極為復(fù)雜。本文提出了評價(jià)繩牽引并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu) CRPM工作空間性能的參數(shù)GCI和基于矢量封閉原理求其可達(dá)工作空間。