收稿日期 :2006-02-27
基金项目 : 辽宁省自然科学基金资助项目(2005024)
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作者简介 : 李树军(1955 - ) ,男 ,辽宁新民人 ,东北大学教授
·
第 28卷第1 期
2007年 1 月
东北大学学报( 自然科学版)
Journal of Northeastern Uni versity
(
Natural Science
)
Vol
.28 ,
No
.1
Jan
.2007
3-
RRR
平面并联机构的刚度特性分析
李树军
1
,
Clem ent Gosselin
2
(1 . 东北大 学 机械工程与自动 化学院 , 辽宁 沈阳 110004 ; 2 .
Laval University
,
Que bec G
1
K
7
P
4,
Canada
)
摘 要 :导出了3-
RRR
平面并联机构基于守恒协调转换刚度矩阵机构刚度结构位形部分的解析表达式
和外力作用影响部分的不完全解析表达式
·
给出了求机构刚度映射的一般方法 ,求出了不同参数下 3-
RRR
平
面并联机构的刚度映射曲线 ,并对机构的刚度特性进行了分析和讨论
·
研究发现 ,3-
RR R
平面并联机构的刚
度是机构构型的函数 ,并与驱动力和关节刚度成比例 ;动平台中心趋于工作空间边界刚度增大 ,在工作空间的
边界附近形成一个刚度较强的环状区域 ,而在工作空间的内部形成一个刚度较弱的区域
·
关 键 词 : 并联机构 ;守恒协调转换 ;刚度映射曲线 ;刚度特性 ;参数设计
中图分类号 :
TH
112 文献标识码 :
A
文章编号 : 1005-3026(2007)01-0091-04
Stiffness Analysis and Stiffnes s Mapping of
3-
RRR Planar
Parallel Mec hanism Base d on CCT Stiffness Matrix
LI Shu
-
jun
1
,Clement GOSSELIN
2
(
1
. School of Mechanical Engineering & Automation , Northeastern University , Shenyang
110004
China ;
2
.
Department of M echanical Eng ineering , L aval Unive rsity , Qu ebec G
1
K
7
P
4
,Canad a .Correspo nd ent : LI Shu
-
ju n ,
professor , E
-
mail : sjli
-
cn
@
yahoo . com . cn)
Abstract :
The analytical stiffness e quatio ns of the part conc erning joint stiffn ess and c onfiguration
and the unco mpleted analytical stiffness equations of the part affected by external forces of
3-
RRR
planar parallel mechanis m w ere all deduc ed , based on the conservative congruence transformation
(C CT ) stiffness matrix . The method of stiffness map pings was given , and the maps o f the
mechanism w ere presented to illustrate the properties of the stiffness of the me chanism . The
stiffness characteristics of the mechanism were analyzed and discussed . It was revealed that the
stiffness of the mechanis m are configuration d ependent and proportional to the actuating forces
a nd j oint sti ffn e ss .The stiff ne ss b eco me s hig h er to wards the b oundarie s of w or king s p a ce a nd vise
versa , which forms a stronger stiffness
ring
"
are a near the bo u nd ari es , a nd a wea ker stiff n e ss
zone
"
near the center of working space .
Key wo rd s :
parallel m echani sm ; C CT ; stiffness mapping ; stiffness characteristic ; parameter
design
机构刚度是描述并联机构特性的一个重要指
标
·
并联机构的刚度映射就是转换关节刚度到直
角坐标空间 ,是并联操作手刚度控制的基本操作
参量
·
早在 20 世纪 90 年代初 ,
C
.
Gosselin
就对此
进行了研究
[1]
,对不同类型并联机构的刚度特性
进行了分析
·
但在 90 年代末期 ,
I
.
Ka o
等人
[2]
研
究发现 ,在以前对机构刚度研究中应用的传统刚
度映射并不正确 ,原因是转换矩阵中没有考虑在
外力作用下的机构的几何形变
·
随后 ,
I
.
Ka o
等
人对此问题进行进一步的探讨 ,并给出了新的并
联机构的守恒转换刚度矩阵
[3 - 4]
·
但是研究的主
要内容为证明新公式的正确性 ,没有对基于新的
守恒转换刚度矩阵的机构的刚度特性进行研究
·
S
.
Joshi
等人在研究机构刚度映射时也没有计及
外力作用下的机构的几何形变对机构刚度的影
响
[5 - 6]
·
S
.
Kock
等人虽研究了力的传递及力作用
下的机构的变形
[7 - 8]
,但并没有研究基于守恒转
换刚度矩阵的机构刚度映射及其特性
·
本文基于