平面3-RRR和3-PRR柔性并联机器人弹性动力学分析

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2012, Vol. 40 ›› Issue (11): 52-57.

平面3-RRR和3-PRR柔性并联机器人弹性动力学分析

张清华张宪民

华南理工大学广东省精密装备与制造技术重点实验室，广东广州 510640

收稿日期:2012-04-16 修回日期:2012-06-18 出版日期:2012-11-25 发布日期:2012-10-01
通信作者: 张清华(1984-) ，男，博士生，主要从事并联机器人研究． E-mail:zhang_h_hua@yahoo.com.cn
作者简介:张清华(1984-) ，男，博士生，主要从事并联机器人研究．
基金资助:
国家自然科学基金重大研究计划项目( 91223201) ; 国家杰出青年科学基金资助项目( 50825504) ; NSFC-广东联合基金资助项目( U0934004) ; 广东省高等学校珠江学者岗位计划( 2010) 资助项目; 华南理工大学中央高校基本科研业务费资助项目( 2012ZP0004)

Elastodynamic Analysis of Planar 3-RRR and 3-PRR Flexible Parallel Robots

Zhang Qing-hua Zhang Xian-min

Guangdong Province Key Laboratory of Precision Equipment and Manufacturing Technology,South China University of Technology,Guangzhou 510640,Guangdong,China

Received:2012-04-16 Revised:2012-06-18 Online:2012-11-25 Published:2012-10-01
Contact: 张清华(1984-) ，男，博士生，主要从事并联机器人研究． E-mail:zhang_h_hua@yahoo.com.cn
About author:张清华(1984-) ，男，博士生，主要从事并联机器人研究．
Supported by:
国家自然科学基金重大研究计划项目( 91223201) ; 国家杰出青年科学基金资助项目( 50825504) ; NSFC-广东联合基金资助项目( U0934004) ; 广东省高等学校珠江学者岗位计划( 2010) 资助项目; 华南理工大学中央高校基本科研业务费资助项目( 2012ZP0004)

摘要/Abstract

摘要： 采用有限元法对柔性连杆进行离散，运用浮动坐标系、拉格朗日方程建立了平面3-RRR 和3-PRR 柔性并联机器人的弹性动力学模型，该模型考虑了关节、动平台的集中质量和集中转动惯量，以及刚体运动的科式力和离心力．基于所建立的弹性动力学模型，比较了两系统的动力学特性，包括系统的固有频率、动平台的弹性位移和弹性转角、各柔性连杆的最大应力．结果表明: 在参数一致的情况下，平面3-RRR 机器人的动力学性能优于3-PRR 机器人．文中结论可为平面完全3 自由度柔性并联机器人的选型提供理论依据．

关键词: 并联机器人, 弹性动力学, 动力学特性, 固有频率, 有限元法

Abstract:

In this paper,first,a flexible link is transformed into several discrete beam elements by means of the finite element method. Then,the elastodynamic models of planar 3-RRR and 3-PRR flexible parallel robots are established based on the floating coordinate system and the Lagrange equation,in which the lumped mass and the lumped moment of inertia of each joint and the moving platform,along with the Coriolis inertia forces and the centrifugal forces of rigid motion,are taken into consideration. With these models,the dynamic characteristics of the two above-mentioned robot systems,including the natural frequency,the elastic displacement and angle of the moving platform as well as the maximum stress of each flexible link,are compared. The results indicate that the dynamic performance of planer 3-RRR robot is superior to that of 3-PRR robot with the same parameters. The findings build up a theoretical foundation for the type selection of planar full 3-DOF flexible parallel robots.

Key words: parallel robot, elastodynamics, dynamic characteristic, natural frequency, finite element method

中图分类号:

TH 113.1

张清华张宪民. 平面3-RRR和3-PRR柔性并联机器人弹性动力学分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2012, 40(11): 52-57.

Zhang Qing-hua Zhang Xian-min. Elastodynamic Analysis of Planar 3-RRR and 3-PRR Flexible Parallel Robots[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2012, 40(11): 52-57.

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