6-CRS
并联机器人机构及其位置分析一-车林仙何兵程志红
6
CRS
并联机器人机构及其位置分析
车林仙1，
2
何
1.中国矿业大学，徐州，
221008
兵
2
程志红
1
2.
泸州职业技术学院，泸州，
646005
摘要:提出一种新型
6
一
CRS
广义
Stewart
并联机器人机构，建立了其几何模型。应用螺旋理论分
别分析了以圆柱副中的转动和线性移动作为主动输入的合理性，研究了相应的机构位置正反解问题。
为提高差分进化算法
(DE)
的寻优效率，将其改进为自适应逃逸差分进化算法
(AEDE)
，可有效克服早
熟收敛并提高计算精度。建立了以转动输入为主驱动的机构位直正解非线性方程组，并应用
AEDE
求
其解;推导了以移动输入为主驱动时的位直正解封闭表达式。数值实例表明，
AEDE
能快速求出以转动
输入为主驱动时的全部高精皮位直正解，并通过位直反解验证了位直正解的正确性。
关键词:并联机器人机构;螺旋理论;位置正解;差分进化算法;自适应策略
中图分类号:
THl12;
TP242
文章编号
:1004
一
132X(2010)14--1669--07
A 6 - CRS
Parallel
Manipulator
and
It
s Positional Analysis
Che
Linxian
J
.
2
He
Bing
2
Cheng
Zhihong
J
1.
China
University
of
Mining
and
Technology
,
Xuzhou
,
Jiangsu
, 221008
2.
Luzhou
Vocational
and
Technical
College,
Luzhou
,
Sichuan
, 646005
Abstract:
This
paper
presented
a
6-CRS
general
Stewart
parallel
manipulator
and
established
its
geometrical
mode
l.
The.
screw
theory
was
employed
to
discuss
the
rationality
of
chosen
different
actuated
inputs
, i. e.
rotary
actuation
or
linear
actuation
of
the
cylindrical
pairs
,
respectively
,
and
the
corresponding
direct
/i
nverse
solutions
were
investigated
for
positional
analysis
of
this
mechanism.
In
order
to
improve
the
performance
of
DE
algorithm
,
we
developed
an
adaptive
escape
DE(AEDE)
algorithm
that
can
effectively
overcome
premature
convergence
and
increase
precision
of
solutions.
When
the
actuated
pairs
were
rotary
actuations
,
the
nonlinear
equations
were
obtained
to
analyze
forward
displacement
of
this
manipulator
and
solved
by
the
AEDE
algorithm.
On
the
other
hand
,
when
the
actuated
pairs
were
linear
ones
,
the
completely
closed
formed
formulae
were
proposed
to
get
its
direct
solutions
of
displacement.
The
results
of
numerical
verification
show
that
all
forward
solutions
for
rotary
actuations
can
be
precisely
found
by
the
AEDE
algorithm
and
they
are
very
coincident
with
the
inverse
ones
Key words:
parallel
manipulator;
screw
theory;
forward
positional
analysis;
differential
evolution
(DE)
algorithm;
adaptive
strategy
O
引言
1965
年，
Stewart
对
Gough
发明的用于轮胎
检测装置的
6-DOF
并联机构进行了机构学意
义研究，并将其应用于飞行模拟器。这种最早出
现的
6-SPS
平台型并联机构被称为
Stewart
机
构。
19.78
年，
Hunt[JJ
首次提出将
Stewart
机构作
为机器人操作手，由此产生了并联机器人机构学
这一新分支。
1995
年，
Faugere
等
[2J
提出一类特
殊的
Stewart
机构。
1998
年，
Dafaoui
等
[3J
基于点
面之间的距离约束，构造了新型广义
Stewart
机
构。金振林等[
4-5J
通过改变支链的布置方式，构造
了
2-2-2
型
6-SPS
和
2-2-2
型
6-PSS
正
交广义
Stewart
机构。
Gao
等
[6J
提出由点、线、面
三种几何元素通过角度约束以及距离约束来构造
并联机构的新方法，并发明了许多新型广义
收稿日期
:2009-10-12
基金项目
s
四川省应用基础研究计划资助项目
(2008JY
-
0163);
泸州市重点科技计划资助项目
(2008-S1-17)
Stewart
机构。其后，甘东明等问、车林仙
[8J
也根
据
Gao
的理论，先后提出了基于点线之间距离约束
的
6-CCS
、
6
一
CPS
正交广义
Stewart
机构。本文借
鉴已有研究成果，并结合单开链
(single
- opened -
chain
，
S
∞理论
[9]
，提出一种新型
6-CRS
广义
Stewart
并联机器人机构，给出其几何模型。该机构
可用于并联机床、并联微动机器人、六维力/力矩传
感器等领域。本文的研究可为
6-CRS
广义
Stewart
并联机器人机构的进一步研究和实用化提供理论
基础。
1
6-CRS
并联机器人机构结构分析
1.
1
机构模型
图
1
所示为新型
6-CRS
并联机器人机构的
运动简图，该机构由动平台
P
-
EJE2E3
、机座
A
J
-A
2
-A
3
和
6
条支链
BiCiD
i
(i
=1
，
2
，…，的组
成。其中，每条支链由圆柱副
(C)
、转动副
(R)
和
球钱
(S)
组成，
C
副与
R
副的轴线互相平行。因
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