3-PUU并联机构的解析与数值工作空间分析

本文主要探讨了3-PUU并联机构的运动学分析，该研究由王中林和张宁斌合作完成，发表在中国科技论文在线上。3-PUU并联机构以其特有的结构在工业机器人设计中具有潜在应用，然而，由于其位置正解解析解的求解问题复杂，传统的解析方法难以给出明确解。 文章首先介绍了3-PUU并联机构的基本参数设定，包括动、定坐标系的建立，这是运动学分析的基础。通过对机构的空间几何关系的深入理解，研究人员进行了位置反解分析，这是从机构的输入（关节角度）到输出（末端位置）的逆过程。然而，这种方法遇到挑战，因此作者引入了中间变量替换法，这是一种数值计算策略，将复杂的数学模型简化为易于处理的形式。 在中间变量的帮助下，作者成功地求得了该机构的雅可比矩阵和速度方程，这两个是计算机构运动性能的关键。雅可比矩阵描述了机构各关节变量与末端执行器速度之间的关系，而速度方程则描绘了机构运动的动力学特性。 接着，作者将杆长条件、转角取值范围以及移动副的移动行程等约束条件纳入考量，利用MATLAB的数值搜索功能对3-PUU并联机构的工作空间进行全面探索。通过这种数值方法，研究者得以发现尽管存在解析解，但其求解过程确实复杂，意味着实际应用中可能需要更为精确的数值计算来确定机构的所有可行运动路径。 研究结果显示，3-PUU并联机构的工作空间呈现出对称性，这对于机构设计和优化具有重要意义，因为它揭示了机构在不同方向上的运动潜力。这项工作不仅提升了对3-PUU机构运动学特性的理解，也为后续的设计和控制提供了理论依据。 关键词集中在并联机构、位置分析、速度分析和工作空间等方面，表明了作者关注的重点。通过这篇论文，读者可以了解到如何通过数学工具和技术来克服3-PUU并联机构复杂运动学问题，这对于提高并联机构在工业机器人领域的性能和效率具有显著的推动作用。