10、机器人力学研究：刚度评估、尺寸综合与微机器人跟踪

机器人力学研究：刚度评估、尺寸综合与微机器人跟踪

5自由度混合机器人的刚度评估与尺寸综合

在机器人领域，刚度分析对于机器人的性能至关重要。以一个5自由度混合（并联 - 串联）机器人为例，它包含一个3自由度冗余驱动的平面并联机构，该机构的刚度会影响整个机器人的刚度。

机器人结构与问题描述

这个5自由度机器人的CAD模型显示，它由一个4 - RPR平面并联机构堆叠在移动板上构成。移动板通过两个同步驱动的滑架沿x轴平移，并联机构的平台可沿y和z轴平移，并绕x轴旋转角度ϕ，末端执行器相对于平台绕角度θ旋转，呈现3T2R运动模式。该3自由度并联机构有四个驱动线性驱动器，属于冗余驱动，第四链增强了机构刚度并避免奇异配置，且机器人对称设计，适用于3D打印等增材技术。但在模拟和实验中发现，由于并联机构几何参数选择不当，机器人在y方向刚度不足。

几何参数分析

机器人的几何参数包括连杆长度和关节坐标。在本次研究中，假设平台尺寸和线性驱动器参数已确定，唯一的可变参数是旋转关节Ai（i = 1, …, 4）的坐标。由于机构对称，这些坐标仅取决于水平位移y1和y2以及垂直位移h。在平台最低配置时，可将参数h表示为y1和y2的函数：
[
h = H - \sqrt{q_{min}^2 - (y_2 - w/2)^2}, \quad H = \sqrt{q_{min}^2 - (y_1 - w/2)^2}
]
其中，H是平台在最低配置时的高度，w是平台宽度。因此，y1和y2是定义并联机构几何形状的唯一变量。

刚度模型建立

考虑并联机构线性驱动器锁定的静态配置，假设驱动器是机构中唯