一种新型混联机器人的设计及动力学分析

周宏菊

(陕西国防工业职业技术学院数控工程学院，陕西 西安 710300)

随着科技的进步，如今工业机器人也日趋多样化、自动化、柔性化、智能化。但企业早期使用的工业机器人多为串联构型，具有结构相对简单、运动空间大、运动灵活等优点，存在机构刚性差、末端执行器负载能力低、位置动态精度低等缺点[1]。与串联构型机器人相比，并联构型机器人具有结构刚度高、承载能力强、末端执行器运动精度高以及运动学逆解容易求解等优点，但存在工作空间相对较小的缺点[2]。本文结合串联构型机器人和并联构型机器人的优点，以工业搬运系统为研究对象，以满足企业多样化用途需求为目标，突破构型限制，开发设计了一种串联构型和并联构型互为补偿的新型混联构型机器人，并对新型混联机器人进行了运动学分析及设计方案的验证。

1 四自由度混联机器人总体结构设计

本文开发的新型四自由度混联构型工业机器人是将串联机构与二自由度平面并联机构相结合，由回转云台、二轴并联机构、大臂和手爪组成。机器人的4个关节分别为云台的回转关节、二轴并联机构中的2个直线关节和末端执行器的回转关节。二轴并联机构如图1所示，其中连杆11为动平台，与定平台通过3条支链相连接[3-4]。

1,5,8,9,11—连杆;2,4—Z向移动副;3,6,7,10—回转副; 12—复合回转副;13—并联机构机架图1 二轴并联机构

2 机器人的运动学分析

2.1 坐标系的建立

本文采用齐次变换矩阵的方法，即D-H法来建立坐标系并推导所设计的四自由度混联机器人运动学方程[5]。……