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中国机械工程第
20
卷第
3
期
2009
年
2
月上半月
一种新型
6
DOF
串并混联拟人
机械臂及其位置分析
金振林
1
李研彪
1
,
2
谢启文
l
1.燕山大学,秦皇岛,
066004
2.
浙江工业大学,杭州,
310014
摘要:提出了一种新型
6-DOF
串并混联拟人机械臂,这种机械臂主要包括肩、上臂和前臂三部分,
其中,肩采用球面三自由度并联机构为机构原型,上臂采用五杆二自由度并联机构为机构原型,前臂采
用四杆机构为机构原型,结合这种机械臂的结构布局特点,求得其位直正解的封闭解,使用
Bezout
)肖元
法求得这种拟人机械臂的位直反解的封闭解。
关键词
:6-DOF
串井混联机械臂;结构布局;位置正解;位置反解
中图分类号:
TP242.
2
文章编号
:1004--132X(2009)03--0280--05
A Novel
6
一
DOF
Hybrid
Anthropopathic
Mechanical
Arm
and
It
s
Position
Analysis
Jin
Zhenlin
l
Li
Yanbi
ao
I.
2 Xie
Qiwen
l
1.
Yanshan
University
,
Qinhuangdao
,
Hebei
,
066004
2.
Zhejiang
University
of
Technology
,
Hangzhou
,
310014
Abstract:
A
novel
6 -
DOF
hybrid
anthropopathic
mechanical
arm
,
comprised
of
shoulder
,
upper
arm
and
forearm
,
was
investigated
,
and
the
spherical
3 -
DOF
parallel
manipulator
was
adopted
as
the
hybrid
mechanical
arms'
shoulder
,
and
2 -
DOF
parallel
manipulator
, five -
bar
linkage
mechanism
was
adopted
as
the
hybrid
mechanical
arms'
upper
arm
,
and
four-bar
linkage
mechanism
was
adopt-
ed
as
the
hybrid
mechanical
arms'
forearm.
Then
6 -
DOF
hybrid
anthropopathic
mechanical
arm'
s
direct
and
inverse
displacement
equations
were
developed
in
detail
explicitly
considering
its
architec
ture
feature.
Key
words:
6 -
DOF
hybrid
mechanical
arm;
architecture;
direct
position
analysis;
inverse
posi
tion
analysis
O
引言
拟人机器人主要的特点是智能性和灵活性,
其中,灵活性的一个重要方面表现在机器人手臂
运动的灵活性和功能性上
[110
以往多数拟人机械
臂采用串联机构,具有工作空间大、运动灵活等优
点[口,如北京理工大学研制的
BRH
型拟人手臂,
日本本田公司研制的
SDR-3X
型拟人手臂等。
相对串联机构,并联机构具有结构紧凑、承载能力
强等优点
[2]
,而串并混联机械臂兼备上述两种机
械臂的优点凶。本文根据人手臂的结构特点,提
出一种新型
6-DOF
串并氓联拟人机械臂凹,基
于其结构布局特点,分析该机械臂的位置问题,为
其应用奠定了基础。
1
新型机械臂的布局特点
人类手臂主要包括肩部、上臂和前臂等部分,
其中,肩部受力最大,上臂受力较大,前臂较小,为
收稿日期
22008
02 20
基金项目
zJEq
山大学科研平台项目资助;燕山大学博士基金资助
项目
(B51)
• 280 •
了适应这种力的分配情况,新型
6-DOF
混联拟
人机械臂的肩部、上臂和前臂分别采用球面三自
由并联机构、五杆工自由度并联机构和四杆机构,
肩部、上臂和前臂串联在一起,构成了
"3-2-1
布局形式"(肩为三自由度,肘为二自由度,腕为一
自由度)的拟人臂,且上臂导轨采用封闭形式的导
轨,发挥了并联机构和串联机构的优点。图
1
所
示为这种混联拟人机械臂的结构图。
这种新型机械臂主要包括肩、上臂和前臂三
部分。肩主要包括肩部基座
1
、伺服电机
2
、主动
曲杆
3
、随动曲杆
4
、肩部动平台
5
等部分,其中,
肩部的伺服电机安装在肩部基座
1
上,主动曲杆
3
的一端固连于对应的伺服电机的转轴上,另一
端通过转动副镜链与对应的随动曲杆
4
的一端相
连,随动曲杆的另一端通过转动副钱链与肩部动
平台
5
相连,上述所有转动副的轴线及电机转轴
轴线汇交于空间一点;通过伺服电机
2
分别驱动
对应的主动曲杆,可实现动平台
5
空间三个自由
度的转动。
上臂部分主要包括上臂基座
9
、肩部连接件
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