【正文】 ............................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。并聯(lián)機(jī)床實(shí)質(zhì)上是機(jī)器人技術(shù)與機(jī)床結(jié)構(gòu)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，其原型是并聯(lián)機(jī)器人操作機(jī)。 ③ 環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：便于可重組和模塊化設(shè)計(jì)，且可構(gòu)成形式多樣的布局和自由度組合。裝備機(jī)械手腕、高能束源或 CCD 攝像機(jī)等末端執(zhí)行器，還可完成精密裝配、特種加工與測(cè)量等作業(yè)。 目前，國(guó)際學(xué)術(shù)界和工程界對(duì)研究與開發(fā)并聯(lián)機(jī)床非常重視，并于 90年代中期相繼推出結(jié)構(gòu)形式各異的產(chǎn)品化樣機(jī)。 Lewis 公司和 Hexal 公司首次展出了稱為 “ 六足蟲 ”(Hexapod) 和 “ 變異型 ”(VARIAX) 的數(shù)控機(jī)床與加工中心，引起轟動(dòng)。與之相呼應(yīng)，由美國(guó) Sandia 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局倡議，已于 1996 年專門成立了 Hexapod 用戶協(xié)會(huì)，并在國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)上設(shè)立站點(diǎn)。由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì) 動(dòng)議， 1998年在意大利米蘭召開了第一屆國(guó)際并聯(lián)運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器專題研討會(huì)，并決定第二屆研討會(huì)于 2021 年在美國(guó)密執(zhí)安大學(xué)舉行。 我國(guó)已將并聯(lián)機(jī)床的研究與開發(fā)列入國(guó)家 “ 九五 ” 攻關(guān)計(jì)劃和 863 高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃，相關(guān)基礎(chǔ)理論研究連續(xù)得到國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家攀登計(jì)劃的資助。在國(guó)家自然科 學(xué)基金委員會(huì)的支持下，中國(guó)大陸地區(qū)從事這方面研究的骨干力量，于 1999 年 6 月在清華大學(xué)召開了我國(guó)第一屆并聯(lián)機(jī)器人與并聯(lián)機(jī)床設(shè)計(jì)理論與關(guān)鍵技術(shù)研討會(huì)，對(duì)并聯(lián)機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀、未來趨勢(shì)以及亟待解決的問題進(jìn)行了研討。這種新型機(jī)床完全打破了傳統(tǒng)機(jī)床結(jié)構(gòu)的概念，拋棄了固定導(dǎo)軌的刀具導(dǎo)向方式，采用了多桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，大大提高了機(jī)床的剛度 ，使加工精度和加工質(zhì)量都有較大的改進(jìn)。由于這種機(jī)床具有高剛度、高承載能力、高速度、高精度以及重量輕、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域都得到了成功的應(yīng)用，因此受到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。 課題研究的意義 并聯(lián)機(jī)床 對(duì)于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、 保障生產(chǎn)安全具有重要意義。 并聯(lián)機(jī)床容易實(shí)現(xiàn)“六軸聯(lián)動(dòng)”，有望成為 21 世紀(jì)高速輕型數(shù)控加工的主力設(shè)備。從而使學(xué)生得到一次機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、氣動(dòng)（液壓）系統(tǒng)設(shè)計(jì) 的訓(xùn)練。 3 課題研究的內(nèi)容 設(shè)計(jì)過程中需要做的工作主要有：第一、收集相關(guān)資料，在了解 6SPS 伸縮式并聯(lián)機(jī)床 工作原理的基礎(chǔ)上，制定出滿足設(shè)計(jì)要求的結(jié)構(gòu)方案 ，繪制出主要結(jié)構(gòu)。第三、對(duì)并聯(lián)機(jī)床工作原理及運(yùn)行情況做簡(jiǎn)單分析、計(jì)算。 并聯(lián)機(jī)構(gòu)介紹 一． 并聯(lián)機(jī)構(gòu) 的定義 并聯(lián)機(jī)構(gòu)（ Parallel Mechanism，簡(jiǎn)稱 PM），可以定義為動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)通過至少兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈相連接，機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)的一種閉環(huán)機(jī)。 三． 6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu) 6 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中的一大類，是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究得最多的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，但這類機(jī)構(gòu)有很多關(guān)鍵性技術(shù)沒有或沒有完全得到解決，比如其運(yùn)動(dòng)學(xué)正解、動(dòng)力學(xué)模型的建立以及并聯(lián)機(jī)床的精度標(biāo)定等。但現(xiàn)有的并聯(lián)機(jī)構(gòu)中，也有擁有 3 個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈的 6 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如 3PRPS 和 3URS 等機(jī)構(gòu)，還有在 3 個(gè)分支的每個(gè)分支上附加 1個(gè) 5 桿機(jī)構(gòu)作這驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的 6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)等。 4 根據(jù)導(dǎo)師提供的參考資料以及畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書，選定 6SPS型并聯(lián)機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)。 可以定義為動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)通過 六 個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈相連接，機(jī)構(gòu)具有 6 個(gè) 自由度，伸縮式 且以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)的一種閉環(huán)機(jī)。 并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)計(jì)算 一．并聯(lián)機(jī)器人位置逆解的算 （ 1）坐標(biāo)系的建立； （ 2）初始條件的確立； （ 3）空間變換陣的求解； （ 4）求各軸的變化距離，實(shí)現(xiàn)逆解； （ 5）計(jì)算結(jié)果的簡(jiǎn)化分析。在三維建模完成后將其轉(zhuǎn)化成 CAXA 電子圖版二維圖進(jìn)行修改完善，以便打印出圖。所 設(shè)計(jì)的 6SPS伸縮式并聯(lián)機(jī)床實(shí)物圖如圖 21所示 ： 圖 21 6SPS伸縮式并聯(lián)機(jī)床模型 6SPS 伸縮式并聯(lián)機(jī)床位置逆解計(jì)算與分析 該部分根據(jù) 劉國(guó)平、李建武等《 6SPS 并聯(lián)機(jī)器人一種逆解算法研究》主要 介紹了 6SPS 并聯(lián)機(jī)器人位置逆解的一種求解方法，該方法采用坐標(biāo)變換原理，求得運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的任意點(diǎn)經(jīng)過平移、旋轉(zhuǎn)后的新坐標(biāo)，再根據(jù) 6SPS 機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，通過幾何方法求出各軸滑塊的移動(dòng)距離，從而實(shí)現(xiàn)逆解的求，并根據(jù)張曙的《并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床》加以分析處 [10]。 圖 22 6SPS并聯(lián)機(jī)床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 坐標(biāo)系的建立 為求解 6自由度平臺(tái)的空間位置關(guān)系，首先建立動(dòng)、靜兩坐標(biāo)系，靜坐標(biāo)系原點(diǎn)位于上平臺(tái)中心，動(dòng)坐標(biāo)系原點(diǎn)。其中， Bi 各點(diǎn)是上虎克鉸的幾何中心， Bi所在圓是以上虎克鉸幾何中心所構(gòu)成圖 形的外接圓； Pi各點(diǎn)是下虎克鉸的幾何中心，Pi所在圓是以下虎克鉸幾何中心所構(gòu)成圖形的外接圓 (i=l、 2? 6)。 7 其中上下虎克鉸中心所在平面之間的距離定為 ，上虎克鉸中心?30239。 ?30439。 ?30639。且關(guān)于 上虎克鉸幾何中心所構(gòu)成圖形的外接圓成分布，對(duì)稱。2 ?? POP 。4 ?? POP 。6 ?? POP 。上平臺(tái)虎克鉸幾何中心所在圓半徑為 500mm，下平臺(tái)虎克鉸幾何中心所在圓半徑為 120mm。 經(jīng)計(jì)算可知： 上平臺(tái)各個(gè)交點(diǎn)坐標(biāo)為： B1(， ， ) B2 (， ， ) B3(， ， ) B4(， ， ) B5(， ， ) B6(， ， ) 下平臺(tái)各個(gè)交點(diǎn)坐標(biāo)為： P1(， ， 0) P2(， ， 0) P3(， ， 0) P4(， ， 0) P5(， ， 0) P6(， ， 0) 空間變換矩陣的求解 假定動(dòng)坐標(biāo)系沿定坐標(biāo)系的 X、 Y、 Z 坐標(biāo)軸分別平移 XPYPZP后，再在新的坐標(biāo)系下繞 X軸旋轉(zhuǎn) ? ，繞 Y軸旋轉(zhuǎn) ? ，繞 Z軸旋轉(zhuǎn) ? ，則坐標(biāo)變換矩陣： [9] 8 ???????????????????1000PPPZCCCCSSCCSCSSYSSSSSCCSCSSXSSCCCT ???????????? ???????????????? (2— 1) 其中： ???? s in, ?? SC O SC ；其他依此類推。 。11P TP? 可知： 39。故的坐標(biāo)為： 同理可以計(jì)算得： 39。2P (1 9 8 .8 3 ,4 6 .2 9 , 5 8 .1 3 ) 39。4P (1 0 3 .0 3 ,2 1 6 .1 3 ,1 3 0 .2 8 ) 39。6P ( 1 .8 6 ,3 7 .5 9 ,1 1 1 .6 0 )? ②求 39。Pi 到 iB 的距離 CiS ： 如圖 24 所示， 39。iiPD，垂足為iD (i=1,2,....,6)，則可構(gòu)建出一個(gè)直角三角形 39。iiPD平行于靜坐標(biāo)系的39。iP 僅 Z 軸坐標(biāo)不同，即 39。i iD PYY? ， iiDBZZ? 。 2 2 2( ) ( ) ( )i i i i i iB i i i i i P B P B P BS P C P B X X Y Y Z Z? ? ? ? ? ? ? ? (2— 3) 39。 39。39。 ㈡ 當(dāng) 100 100 1000 0 0 1T????????? ???? 計(jì)算 滑塊的移動(dòng)量 ① 計(jì)算新坐標(biāo)： 根據(jù)上述相同計(jì)算方法與過程 ii TPP?39。1 ( 1 9 8 .8 3 , 1 6 7 .4 1 , 1 0 9 .3 4 )P ? ? ? 39。3 (1 .8 6 , 1 4 8 .1 9 , 5 8 .8 8 )P ?? 39。5 ( 1 0 3 .0 3 ,1 5 .6 1 , 1 3 1 .7 8 )P ?? 39。Pi 到 iC 的距離 BiS ， 39。 2 2 2( ) ( ) ( )i i i i i iB i i i i i P B P B P BS P C P B X X Y Y Z Z? ? ? ? ? ? ? ? 代入相關(guān)數(shù)據(jù)可求得： 1 2 3 4 5 6 5 0 9 . 2 7B B B B B BS S S S S S? ? ? ? ? ? 而 39。 39。 2 2 2( ) ( ) ( )i i i ii i iC i i B B BP P PS P B X X Y Y Z Z? ? ? ? ? ? ? 代入相關(guān)數(shù)據(jù)可求得： 1 ? ； 2 ? ； 3 ? 4 ? ； 5 ? ； 6 ? ③ 求各軸上滑塊的移動(dòng)量： iii C BS S S? ? ? 代入相關(guān)數(shù)據(jù)可求得： 1 529 .2 509 .27 19. 93S? ? ? ? 12 2 516 .47 509 .27 ? ? ? ? 3 7 0 0 .5 1 5 0 9 .2 7 1 9 1 .2 7S? ? ? ? 4 680 .94 509 .27 171 .67S? ? ? ? 5 6 2 4 .8 5 5 0 9 .2 7 1 1 5 .5 8S? ? ? ? 6 682 .13 509 .27 172 .86S? ? ? ? 以上計(jì)算結(jié)果 ,“ ”值表示沿 Z 軸負(fù)方向移動(dòng)。 并聯(lián)機(jī)床桿系簡(jiǎn)化分析 跟據(jù)張曙《并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床》第 78頁的相關(guān)內(nèi)容，將并聯(lián)機(jī)器人桿系配置簡(jiǎn)化為平面機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì) [10]。 此時(shí)坐標(biāo)變換矩陣為： 1 0 0 100 1 0 00 0 1 00 0 0 1T????? ???? (2— 6) 按照 中相關(guān)滑塊位移量的計(jì)算方法，容易計(jì)算出各滑塊的移動(dòng)量如下： 軸 1 上滑塊 X 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Z 0 Z? \ X? \ 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 軸 2 上滑塊 X 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Z 0 Z? \ X? \ 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 13 軸 3 上滑塊 X 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Z 0 Z? \ X? \ 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 軸 4 上滑塊 X 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Z 0 Z