新型3-DOF 1T2R并联机构的运动学分析与尺度优化

作     者：李兴瑞 龙有强 姜峰 LI Xingrui;LONG Youqiang;JIANG Feng

作者机构：鹤壁能源化工职业学院机电工程系河南鹤壁458000 北海职业学院机电工程系广西北海536000 广西科技大学机械与汽车工程学院广西柳州545616 

出 版 物：《机电工程》 (Journal of Mechanical & Electrical Engineering)

年 卷 期：2024年第41卷第10期

页      面：1806-1815页

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：广西北部湾经济区发展专项资金(重大人才)资助项目(21DYF0015) 

主　　题：五杆机构 自由度验算 并联机构 运动学位置分析 奇异性分析 工作空间 灵巧度分析 机构尺度综合优化 

摘      要：移动和转动混合运动的并联机构具有很高的研究和应用价值。基于转移混合输出运动的机构适用范围广,但该类机构的设计比较困难。为了研发和推广转移混合运动的1T2R并联机构,基于平面五杆机构和一条无约束支链,设计了一种一平移两转动(1T2R)的并联机构。首先,根据方位特征(POC)方程对机构进行了拓扑结构分析,并计算了该机构的自由度;然后,对该并联机构进行了运动学建模,推导了其位置正反解的解析表达式,并基于雅可比矩阵分析了机构的奇异性,利用三维离散搜索法计算了机构的工作空间,给出了机构在工作空间中的灵巧度分布情况;最后,利用粒子群算法(PSO)对机构的工作空间和灵巧度进行了双重优化,同时探讨了无约束支链的布置角φ对机构工作空间和灵巧度的影响。研究结果表明:所设计的1T2R并联机构结构简单,具有位置解析解;优化后的机构的工作空间和灵巧度分别提升了93.47%,203.42%;当无约束支链的驱动方向与平面(2P-3R)机构垂直布置时,能够获得更好的运动性能。该结果为3-DOF 1T2R机构的实际应用奠定了理论基础。