３自由度 ［ Ｐ Ｓ类 并 联机 器人 ， 括 ３ＲＰ ，－ Ｒ ，－ Ｐ Ｐ］ 包 － Ｓ ３Ｐ Ｓ ３Ｐ Ｓ等构 型［ ， ２ 除具 备 少 自由度 并 联机 构 的特 性 ］ 外 ， 具有 非 常适合 工程 应用 的 ｌ移动 、 动 的 ３自由度 特 点 ， 还 ２转 已在 各 个 领域 得 到 了广 泛 应 用 。如微 动 机
机构 进行 结构 优化 都有 十分 重要 的意 义 。
本文 以结 构简单 、 伴 随运 动的新 型 ３自由度 ３Ｐ Ｕ 并联 机器 人一］ 无 － ＲＲ 为研究 对象 ， 建立 机 构数 学模 型 ， 通过 Ｓ ｌ Ｗｏｋ 软 件构 建虚 拟样机 ， 用 运 动 学分 析 软件 Ｃ Ｓ ｏｉ ｒ ｓ ｄ 采 Ｏ ＭＯＳ ｔ ｎ进 行运 动 轨 迹 仿 真 ， Ｍｏｉ ｏ 有效 验 证 机构 位置 反解 的正 确性 ， 以后 的机构 学分 析 和结 构优化 提供 了参 考依 据 。 为
和 结 构 优 化 提供 了参 考 依 据 。
关 键 词 ：并联 机 器人 ；位 置 反 解 ；虚 拟 样机 ； （ Ｍ（Ｓ ｔ ｎ Ｃ） Ｓ ）Ｍｏｉ ｏ 中图分类号 ： ＴＨ１２ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
并联机构具有高精度 、 高刚度 、 承载能力大和运动反解简单等特点 ， 成为机器人 学者的研究热点ｕ 。 自由度小 ］ 于 ６的少 自由度并联机构 ， 因其驱动部件少 、 结构简单 、 控制成本低等特点 ， 近年来引起相关学者 的高度关注 。
个 Ｕ 铰 中心点 共线 ， 过改 变各 分支 中移 动副 Ｐ的移 动量 ， 实 现 动平 台在 空 间一 定 范 围 内不 同位 置 和姿 通 来
态 的变化 。
收稿 日期 ：２ １ — ０ — ２ ００ ３ ９ 基 金 项 目：国 家 自然 科 学 基 金 （０ ０ １ ７ ； 江 省 自然 科 学 基金 （ ０ ０ ３ ） ５ ９ ５ ６ ）浙 Ｒ１９ ｌ ４ 作 者 简介 ：张 铁 牛 （ ９ ５ ）男 。 北 邯 郸 人 ， 士研 究 生 ， １８ 一 ， 河 硕 主要 从 事并 联 机 器 人 理 论 和 技 术 研 究 。
的运 动控制 。但 只凭 借计 算数 据很 难直 观地 判 断机 构动平 台的位置 和姿 态 ， 机构 的奇异 位形 、 结构 干涉 等 问
题 。因此 ， 过建立 虚 拟样机 ， 机构进 行 运动仿 真 ， 通 对 从而 验 证数 学 模 型 的正 确性 ， 视 化 工作 空 间 ， 可 以及 对
浙 江理 工 大学 学报 ， ２ 第 ７卷 ， ６期 ，０ ０年 ｌ 第 ２１ １月
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＺｈ ｊａ ｇ Ｓ ｉ ｃ ｉｅ ｓｔ ｏ ｒ ａ ｅｉｎ ｃ Ｔｅ ｈ Ｕｎｖ ｒ ｉｙ ｏ
Ｖｏ ． ７ Ｉ２ ，Ｎｏ ６ ． ，ＮＯ ． ２ １ Ｖ ００
文 章 编 号 ：１７ —８ １（０ ０ ６ ０ ８ ４ ６ ３ ３ ５ ２ １ ）０ —８ ５ ０
器人 ＿ 、 动模 拟装 置＿ 、 术机 器人 ｌ 等 ， 其 是 在 机 床 行业 的应 用 ， ３运 ］ ４手 ］ ５ 尤 比较 典 型 的有 西 班 牙 Ｆ ｔｏ ｉ 司 ａｒｎｋ公 研 制 的 Ｈ５ 工机 床［ 和德 国 Ｄ ｃ ｎ ｌｇｅ 司研 发 的五轴 卧式 加工 中心 ［ 等 。对 于Ｅ Ｐ Ｓ类 并联 机构 加 ６ ＳＴｅｈ ｏｏ ｉ公 ７ ］ Ｐ］
１ ３Ｐ Ｒ ． Ｒ Ｕ并 联 机 构
３Ｐ ＲＵ 并联 机器 人是 一个 移动 、 Ｒ 两转 动 ３自由度 并 联机 构 ， 由动 平 台 、 平 台 以及 连 接 动 平 台和 定平 定
台 的分支 等组 成 。３条 Ｐ Ｕ 分 支 ， 构完 全相 同 ， 呈 “ ” 形 分布 ， 中 ３个 分支 中与 动平 台相 连 的 ３ ＲＲ 结 并 丁 字 其
基 于 Ｃ Ｍ Ｓ ｏｉ ＯＳ Ｏ Ｍ ｔ ｎ的 ３Ｐ Ｒ ｏ 一 Ｒ Ｕ并 联 机 器 人 运 动 仿 真
张铁 牛 ，陆 中 平 陈 巧 红 ， ，李 秦 川 ，武传 宇 胡 旭 东 ，
（．浙 江 理 工 大 学浙 江 省 现 代 纺 织装 备 技 术 重 点 实验 室 ，杭 州 ３０ １ ； １ １０ ８ ２ ．杭 州娃 哈 哈 集 团 有 限 公 司精 密 机械 制 造 公 司 ， 州 ３ ０ １ ） 杭 １０ ８
的理 论研究 ， 括位 置正 反解 ＿ 、 作空 间 ］奇异 位形 ｌ］ 包 ８工 ］ 。、 ｌ 和机 构优 化口 ＿ 方 面 ， 断 出现 新 的研究成 果 。 （ ） ｌ 等 不 位置反 解是 并联 机 构运 动学研 究 的基础 ， 映 了输入 输 出之 间的非线 性 映射关 系 ， 反 直接影 响对 并联 机构
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浙
江
理
工
大
学
学
报
２１ ０ ０年
第 ２ 卷 ７
２ 机构 数 学 模 型
３Ｐ ＲＵ机 构简 图如 图 １所示 。△ －Ｒ Ａ Ａ Ａ。为定 平 台 ， 定 坐 标 使
系 ０｛ Ｙ ｝ ， ， 固结 于定平 台的 Ａ 中点 处 ； Ａ ｏ Ｏ 方 向， Ａ （一 Ｔ沿 Ａ 有 ） Ｏ 一口 ｊ沿 Ｏ 方 向 ， Ａ３ Ａ２ ； ， Ａ３ Ｏ 一 ， Ａ。Ｌ Ａ２ Ｏ ＿ＡＩ 。３个移动输 人 ｄ 垂 直 于定平 台 ， 使动坐 标系 Ｐ｛ ， ∞｝ Ｕ ， 固定于 动平 台 Ａ 。的中心 Ｃ ， Ｃ ＣＣ 。 由机构 自由度 可 知 ， 。点 被 限 制 在 轴 上 运 动 ， 其 坐 标 为 （ 、 、 Ｃ 设 ０ ０
摘
要 ：为 实 现 ３Ｐ Ｒ 并 联 机 器人 运 动 的 可视 化 ， 用并 联 机 器人 机 构 学理 论 ， 立 了 ３Ｐ Ｒ 机 构 的位 置 －Ｒ Ｕ 应 建 －Ｒ Ｕ
反 解 方 程 ， 而得 出 了并联 机 构 工 具 末 端 的 运 动 方 程 ， 用 Ｓ ｌ Ｗ ｏｋ 进 运 ｏｉ ｄ ｒｓ建 立 了 ３Ｐ ＲＵ 并联 机 构 的 虚 拟 样 机 ， 利 －Ｒ 并 用集成的 Ｃ Ｓ Ｏ ＭＯＳ ｔ ｎ软 件 对 机 构 进 行 了运 动 仿 真 ， 真 结 果 验 证 了理 论 分 析 的 正 确 性 ， 为后 续 的 轨 迹 规 划 Ｍｏｉ ｏ 仿 并