文档介绍：中国科学技术大学
硕士学位论文
六自由度3-PRPS并联机构的特性理论研究与仿真
姓名:彭凯
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:王建平
2011-06-03
摘要
摘要
并联机构相比于串联机构具有高精度、误差不累计、刚度大等特点,引起了
国际上的高度重视,但是并联机构的大部分研究集中在以 Stewart 平台等经典机
构上。随着工业的发展,许多具有自身特性的并联机构应运而生,3-PRPS 并联
机构就是其中一种。该机构具备提供纯转动、运动学较简单、可直观预测动平台
运动等特点,有着广阔的应用前景,如高精度探测机器人等。然而,工程应用中
3-PRPS 并联机构由于缺乏若干重要特性方面的理论支持从而极大地限制了其适
用范围及工作性能,如结构优化设计、末端执行器工作范围确定、机构参数的合
理选择、控制器参数调整等方面。尽管近年来 3-PRPS 并联机构的理论研究有了
一定发展,但是运动学、工作空间等方面还存在一些挑战性的问题,如运动学模
型尚未完善;缺乏有效的方法求解工作空间;参数对机构运动的影响尚不明确等。
基于此,对于 3-PRPS 并联机构的特性研究具有重要的理论价值和实用意义。
本文从 3-PRPS 并联机构的运动学、工作空间、机构关键参数及控制设计等
几个方面展开了分析和探讨。主要工作如下:
(一)建立了 3-PRPS 并联机构较为完善的运动学模型,得到了统一描述反
向运动学关系的解析表达式,进而求解位置反解。然后,结合实例计算,从而分
析出其运动学特性。
(二)讨论了限制 3-PRPS 并联机构工作空间的几个重要因素,然后以 Matlab
为平台利用几何法求解工作空间,给出具体的实例参数便获得了横截面为近似六
边形的柱状体工作空间。工作空间是衡量 3-PRPS 并联机构性能的一个重要指标,
其求解较为直观地揭示了该机构的特性。
(三)比率 K(动平台外接圆半径 r 与固定平台内切圆半径 R 之比)是 3-PRPS
并联机构的一个关键参数。为了深入剖析比率 K 与机构运动之间的关系,应用
ADAMS 软件建立了仿真模型,然后分析比率 K 对机构运动的影响。正确地理解
比率 K 在 3-PRPS 并联机构中的作用对于其结构优化设计等有着实际意义。
(四)在运动学、工作空间、机构参数分析等理论基础上,提出了 3-PRPS
并联机构的控制器设计方案,另外还尝试设计了驱动连杆的结构。
上述研究工作为 3-PRPS 并联机构的结构优化设计、控制器参数调整、工业
应用等奠定了理论基础,其中比率 K 的探讨及分析有着实际指导作用,同时相
关研究方法对于探索同类型高精度并联机构也具有重要借鉴意义。

关键词:3-PRPS 并联机构运动学求解工作空间 ADAMS 仿真
I
ABSTRACT
ABSTRACT
Compared with serial manipulators, parallel mechanisms have characteristics such
as high precision, without errors accumulation, high bearing rigidity etc, which
attracted the attentions of international researchers. However, most researches on the
parallel mechanism focu on the classical mechanism which represented by the Stewart
platform. With the industry development, variety of parallel mechanisms with its own
unique performances have been emerging. The 3-PRPS parallel manipulator is one of
them. It has the capability of pure rotation and intuitive prediction of the moving
platform movement, simple kinematic character etc. Application prospects of the
mechanism are extensive, as high-precision detecting robots. However, wh