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第卷第期江苏工学院学报】. .
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机器人手臂新结构及其动力学
和平衡问题的研究
何允纪类方丁
机械工程系无锡柴油机厂
摘要拳文提出一种机器人手臂新结构一卡当”等效机构, 分析雅导了新的
运动学和动力学方程, 研究了重力平衡的方法和效果。分析研究表明, 操作手手
臂的重力力矩可以完全消除。遗不仅有利于域小驱曲力矩。也有利于操作手性能
的提高。
/
关键词操作装置平衡机器坐标晕运动学机构动力分析
中图分类号. 嘏器
在机器人研究领域中, 人们对机器人手臂结构的研究相对而言较少。合理的手臂结构
对提高机器人的工作性能有其重要的作用。—, —和
..., .. 研究了缩放叽构的特点、工作空间及结构参数。本文提出一
种新的机器人手臂结构——“卡当”等效机构, 推导其特性方程和动力学方程,并研究其重
力平衡问题。
特性方程的建立
第一种“卡当”等效机构——直穆放大机构。直移放大机构如图所示的结构
特点为: 、二杆等长。链轮之半径为链轮半径的二倍。当链艳固
定时, 杆摆动时点的运动轨迹/直线//,运动范围是杆长的四倍。该机构使
得小结构产生出较大的移动行程。它与行程相等的滑块机构比较, 其加工工艺要求低且杆
件短。
图所示为第一种“卡当”式操作手的结构简图, 其手臂结构为一直移放大机构。对它
的动力配置设想: 驱动器驱动机器人腰部作角回转驱动器驱动整个手臂包括
、杆, 、链轮作俯仲摆动,角,且抬自锁性能驱动器的基座与链轮
联成一体,驱动杆作摆动日角。整个手臂作角摆动时, 驱动器也随之摆动。
收稿日期:卜一
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江苏工学院学报正
图卡当机构图
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建立图所示的坐标系统,则可写出该种“卡

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图第一种机器人操作
手的坐标茅
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式中、, .
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,——杆的长度
—一杆的长度与杆相等
此种操作手的特性方程:
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当】角固定时, 操作手在平面内运动, 如图中所示, 其腕点的位置方
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第期何允纪等机器人手臂薪结构及其动力学和平衡问题的研究
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上式表明,当操作手在某一垂直平内运动, 且仅改变日时, 其腕点的运动轨迹
为该平面内一条经过点、斜率为的直线, 日角控制直线的斜率, 如控制腕点
在该直线上的位置。上述特性使得操作手间接位置的求解变得简单。当已知机器人手臂
腕点的空间位置, , 时, 则机器人关节转角值由下式可隶:
,
一,
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一,
日
.图为第二种“卡当”式操作手结构简图, 其动力配置设想: 驱动器带动操怍手
作日。角回转驱动器驱动杆作日角俯仲摆动驱动器驱动链轮作角的旋
转,井通过链条带动扦运动。驱动器和驱动器相互独立与第一种“卡当”式操作
手不同。建立如图所示坐标系统, 得齐次转换矩阵
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