（b)含RRPR被动支链机构的二自由度机器人  图1.14空间结构的二自由度并联机器人

1.3 课题研究目的和意义

目前最常见的二自由度并联平移机器人都是采用的平行四边形支链机构，运动副多为平面运动副。这种机构结构固然较为简单，可以很容易的在运动平面内完成二自由度运动，但是一方面在垂直于运动平面方向上的刚度不足，另一方面无法充分发挥材料的力学性能。前文介绍的各种平行四边形支链机构，它们的构件只能承受运动平面内的载荷，而垂直于运动平面方向的载荷只能靠构件的弯曲变形来抵消，这就使得在高速重载的场合内严重制约了并联机器人性能优势的发挥。而且当需要扩大工作空间时，要增大杆长，这又不可避免的增大了弯矩，不仅对材料性能要求较高、增加了制造成本并且难以满足工程要求。为了解决平行四边形支链机构的问题，加强机构在垂直运动平面方向上的刚度，并且使连杆不再受弯矩的作用，使其只受拉压力；就需要抛弃平面机构而采用空间结构，人们提出了很多空间并联机构，但是还是采用平面运动副使连杆仍然受到弯矩作用。彭斌彬[25]提出了一种新型的被动铰为球铰的二自由度并联平移机构，这种机构在保证运动平面内具有较高较高刚度的同时，在垂直于运动平面的方向上也具有足够的刚度，并且由于采用被动球铰来约束构件，使连杆不受弯矩作用，只受拉压力的作用，极大地提高了并联机器人的性能。

1.4 论文的主要研究内容

本文针对文献[25]提出的被动铰为球铰的二自由度并联平移机器人，完成了运动学相关的内容的分析、机构的工作空间分析以及三维结构设计与运动仿真。研究内容如下：

第一章 介绍了并联机构的概况与主要构型，主要是对二自由度并联机器人的相关内容做了介绍。

第二章 对本文所描述的二自由度并联机器人机构的布置实现方式做了介绍，并对其运动学分析（位置分析、速度分析、加速度分析）。

第三章 对被动铰为球铰二自由度并联平移机器人的工作空间进行了分析，并且根据工作空间设计了机构的运动学尺寸。

第四章 根据第三章设计的运动学尺寸利用三维CAD软件CATIA进行了三维结构建模与装配，并且利用CATIA的DMU模块对该机器人进行了运动学仿真。

 2 被动铰为球铰的二自由度并联平移机器人构造方式及运动学分析

2.1被动铰为球铰的二自由度并联平移机器人机构描述

并联机器人主要由运动副将连杆相连接而构成。有的采用平行四边形支链结构，通过转动副或者移动副将构件相连；有的采用螺旋副或者圆柱副，在一些复杂机构中经常用几种运动副相互耦合；还有一些比较常见的多自由度运动副有球面副（球铰）和虎克铰构成的并联机构。本章描述了被动铰为球铰的二自由度并联平移机器人的布置方式和机构特点。

被动铰为球铰的二自由度平移平移并联机器人结构如图2.1所示。本机器人由运动平台1，六根长度相等的连杆31~36，两个运动滑块51、52，两个滚珠丝杠61、62，基座7以及两个导轨81、82组成。其中，两个共线的滚珠丝杠61、62分别来驱动两个运动滑块51和滑块52。两个运动滑块51与52和运动平台1之间由六根等长的连杆31~36和六组被动球铰（21~26，41~46）来链接。

如图2.1（b)所示，在运动平面的投影面内，连杆31与连杆32的投影相互重合，连杆31的投影与连杆33的投影相互平行且长度相等；连杆35与连杆34的投影相互重合，连杆35的投影与连杆36的投影相互平行且长度相等。