绳牵引并联机器人机构的工作空间性能研究

汪选要　叶友东　张文祥

摘 要： 工作空间是评价并联机构工作能力的一个重要指标，传统的工作空间优化与求解方 法极为复杂。本文提出了评价绳牵引并联机器人机构CRPM (Completely Restrained Positi on Mechanisms)工作空间性能的参数GCI(Global Condition Index)，并基于矢量封闭原理 分析其可达工作空间性能，并通过实例分析优化其结构尺寸。

关键词：工作空间; 矢量封闭原理; GCI

中图分类号：TH112 文献标识码：A 文章编号：1672-1098(2008)03-0031-03

绳牵引并联机构作为一种新型的并联运动机构，具有结构简单、惯性小、平动空间大 和运动速度快等优点。从20世纪90年代初至今，美国、日本、德国、意大利、加拿大、南朝 鲜和法国等国的研究人员纷纷开展这方面的研究工作，并取得了一批瞩目的研究成果。特别 是法国国家航空局支持的SACSO项目关于绳牵引并联机构应用于飞行器风洞试验的研究，为 风洞飞行器的模型支撑技术提供了一个崭新的方法［1］。

六自由度绳牵引并联机器人机构应用于飞行器模型风洞试验有以下优点： ①对原系统稍 加改造便可实现模型姿态的变化；②对空气流场干扰降低； ③模型可做大一些，对其姿态 的控制要容易；④便于姿态角处于耦合时对动力学参数进行分析［2］。

工作空间是评价并联机构工作能力的一个重要指标，工作空间分析是并联机构设计的重 要基础，工作空间的大小决定了并联机构的活动空间。

工作空间的求法分为两类：一类是解析法［3］12；一类是数值法［4］。在解 析法方面，具有代表性是Gosselin的几何法［3］14 ，提出了若干工作空间的定义与 分析。

数值解的思路一般是根据平台的约束条件搜索工作空间边界，具体的方法主要有网格法 、蒙特卡过大量计算；优化法推导与求解极为复杂。本文提出了评价绳牵引并联机器人机构 CRPM工作空间性能的参数GCI和基于矢量封闭原理求其可达工作空间。