并联工作台

2024-09-29

并联工作台（共12篇）

并联工作台篇1

1994年开始并联机构被用来设计研发并联数控机床。当前的并联机构种类[1—3]中六自由度和三自由度的较多。但是六自由度的并联机构近几年已很少用在并联机床的结构中。三自由度并联机构容易构造, 所以有很多人对其进行研究开发。四、五自由度的并联机构少, 但是它们在工业中的应用却更为广泛。因此, 研究四、五自由度并联机构是很有必要的。很多四自由度并联机构的动平台用来固定刀具, 现提出一种新型四自由度并联工作台用来固定工件, 该工作台具有结构简单、布局灵活、便于维修、响应速度快以及能避免传统机床多方位加工工件时需要多次拆卸、固定工件的繁琐过程, 也减小了反复装夹工件时造成的加工误差。在并联工作台的研究中, 它的工作空间是重要指标, 决定着并联机构的整体尺寸。同时它也能够帮助我们清晰地了解工作台工作空间的大小、形状和位置。为此, 有必要对共作台的工作空间进行分析。

1工作台的空间布局

四自由度并联工作台如图1所示, 该机构由动平台、固定平台、四个滑块和四个连杆组成。四滑块分布在十字导轨上。四连杆的一端与动平台通过球铰相联, 其中连杆l2、l4的另一端通过回转副与机架上平面滑轨的滑块2、4相联。连杆l1l3的另一端通过虎克铰与机架上平面滑轨的滑块1、3相联。四滑块作为驱动单元。由KutzbachGrubler[4]公式有:

$F = 6 (n - g - 1) + \sum_{i = 1}^{g} f_{i} = 4$ (1)

式 (1) 中:n是构件总数, g是运动副总数, fi是第i个运动副的相对自由度数。

该工作台具有四个自由度:绕X轴和Y轴转动两个旋转自由度以及在X方向和Z方向的平动。

2 并联机床工作空间[5]分析

2.1 旋转矩阵[6]

如图2, 在机架上建立坐标系O–xyz, 是正交的右手坐标系。在动平台上建立坐标系o′-x′y′z′, 原点在运动平台的质心上。则机架上各点坐标在静坐标系O-xyz中分别为:A (-H1, 0, 0) , B (0, -H2, 0) , C (H3, 0, 0) , D (0, H4, 0) 动平台上各铰链接点在动坐标系中的坐标为:a (-r, 0, 0) , b (0, -r, 0) , c (r, 0, 0) , d (0, r, 0) 。则动平台上各铰链接点在静坐标系中的坐标可表示为

$[\begin{matrix} x_{i} \\ y_{i} \\ z_{i} \end{matrix}] = R [\begin{matrix} x_{i^{'}} \\ y_{i^{'}} \\ z_{i^{'}} \end{matrix}] + Τ ‚ (i = a$

、b、c、d) (2)

式 (2) 中:

$Τ = [X_{p} ‚ Y_{p} ‚ Ζ_{p}]^{Τ}$ (3)

R为旋转矩阵, 可表示为

$R = R_{α} R_{β} = (\begin{matrix} \cos β & 0 & \sin β \\ \sin α \sin β & \cos α & - \sin α \cos β \\ - \cos α \sin β & \sin α & \cos α \cos β \end{matrix})$

(4)

2.2 工作空间的运动正解分析

已知Hi (i=a, b, c, d) , 求解Xp, Yp , Zp, α, β。

由式 (1) —式 (3) 联立求得动平台的a、b、c、d四个铰链在机架上坐标系中的坐标分别是

$[\begin{array}{l} x_{a} \\ y_{a} \\ z_{a} \end{array}] = R [\begin{array}{l} x^{'}_{a} \\ y^{'}_{a} \\ z^{'}_{a} \end{array}] + [\begin{array}{l} x_{p} \\ y_{p} \\ z_{p} \end{array}] = [\begin{array}{l} x_{p} - r c o s β \\ y_{p} - r s i n α \sin β \\ z_{p} + r s i n β \cos α \end{array}] (5)$

$[\begin{array}{l} x_{b} \\ y_{b} \\ z_{b} \end{array}] = [\begin{array}{l} x_{p} \\ y_{p} - r c o s α \\ z_{p} - r s i n α \end{array}] (6)$

$[\begin{array}{l} x_{c} \\ y_{c} \\ z_{c} \end{array}] = [\begin{array}{l} x_{p} + r c o s β \\ y_{p} + r s i n α \sin β \\ z_{p} - r s i n β \cos α \end{array}] (7)$

$[\begin{array}{l} x_{d} \\ y_{d} \\ z_{d} \end{array}] = [\begin{array}{l} x_{p} \\ y_{p} + r c o s α \\ z_{p} + r s i n α \end{array}] (8)$

因为工作台在x方向没有平动, 所以有

xb=xd=0 即xp=0 (9)

机构中用的是四根杆都是定长杆, 对杆l1来说它的杆长等于点A和点a之间的距离, 可表

示为:

l $_{1}^{2}$ = (H1+Xa) 2+y $_{a}^{2}$ +z $_{a}^{2}$ (10)

同理, 可写出其余三个杆长方程:

l $_{2}^{2}$ =X $_{b}^{2}$ + (yb+H2) 2+z $_{b}^{2}$ (11)

l $_{3}^{2}$ = (Xc-H3) 2+y $_{c}^{2}$ +z $_{c}^{2}$ (12)

l $_{4}^{2}$ =X $_{d}^{2}$ + (yd-H4) 2+z $_{d}^{2}$ (13)

整理后可得:

l $_{1}^{2}$ = (H1-rcosβ) 2+ (yp-

rsinαsinβ) 2+ (zp-rsinβcosα) 2 (14)

l $_{2}^{2}$ = (yp-rcosα+H2) 2+ (zp-rsinα) 2 (15)

l $_{3}^{2}$ = (rcosβ-H3) 2+ (yp+rsinαsinβ) 2+ (zp+

rsinβcosα) 2 (16)

l $_{4}^{2}$ = (yp+rcosα-H4) 2+ (zp+rsinα) 2 (17)

方程 (14) —方程 (17) 是工作台运动空间的位置正解方程组。由方程组可知, 四个方程四个未知数可解出yp、zp、α、β。这说明工作台的运动空间是有解的, 机构可以正常运行。但是方程组计算较为麻烦, 为方便计算可以进行编程求解。

3 影响工作空间的约束条件

3.1 滑块行程限制

通过运动学反解[7]可以得到动平台的滑块位置H。滑块的最长行程和最短行程分别用Hmaxi和Hmini表示。 (i=1–4) 。则滑块的约束条件为Hmini≤Hi≤Hmaxi。行程H越大, 机构的工作空间越大。

3.2 运动副转角[8]的限制

在Stewart运动平台中, 上下平台与各连杆间的连接要用到虎克铰, 球面副。这两种铰链的转角范围实际上是有限制的。如图3所示, 图中的nPi和nBi分别表示上下铰链的基座的安法线向量。则运动副的转角的约束可表示为

$\begin{array}{l} θ_{Ρ i} = \cos^{- 1} θ (l_{i} \times (R n_{Ρ i}) / | l_{i} |) \leq θ_{Ρ \max} (18) \\ θ_{B i} = \cos^{- 1} θ (l_{i} \times n_{B i} / | l_{i} |) \leq θ_{B m a x} (19) \end{array}$

3.3 上平台尺寸限制

适当减小上平台尺寸可以增大工作台的工作空间。

4 结论

首先用Kutzbach Grubler公式验证这种新型并联工作台具有四个自由度, 可以实现两平移两转动;其次利用旋转矩阵找出动平台四个铰链相对于机架的坐标, 从而推出了并联工作台运动空间的位置正解方程。从最终推出的方程组我们可以看出它是有解的, 也就说明这种新型工作台的运动空间可以实现的, 机构也能够按照设计时的预定轨迹运行。

参考文献

[1]张曙, HeiselU.并联运动机床.北京:机械工业出版社, 2003;18—22

[2]陈文家, 王洪光, 房立金, 等.并联机床的发展现状与展望.机电工程, 2001;18 (4) :5—9

[3]罗建国:一种新型并联机床结构形式.机电工程技术, 2003;33 (6) :1—3

[4]黄真, 孔令富, 方越法.并联机器人机构学理论及控制.北京:机械工业出版社, 1997:164—170

[5]王哲, 王知行, 刘文涛, 等.并联机床工作空间分析及实时运动仿真的研究.中国机械工程, 2001;12 (9) :69—72

[6]黄真.空间机构学.北京:机械工业出版社, 1991:160—163

[7]孔宪文, 黄真.3-RPS并联机器人机构的位置反解.机械科学与技术, 1999;18 (3) :424—426

[8]陈文家, 周冀平, 曲艳丽, 等。一种四滑块驱动的并联机构及其运动学建模.机械设计与制造工程, 2001;30 (5) :3—5

并联工作台篇2

一、基本思路

按照改善投资环境、减少办事环节、优化审批流程、提高行政效率的原则，将建设项目涉及的21个部门的行政审批事项，按建设项目全过程分为用地、环保、项目、规划、设计施工及验收、商品房预售、产权办理7个控制节点，由市国土局、市环保局、市发改委、市规划局、市建委、市房管局等6个部门牵头，实施并联审批，减少环节、缩短时限、提高效率。真正做到有重点、有步骤地推进我市建设领域行政审批制度改革。

二、并联内容

在7个控制节点上，具体并联的审批事项如下：

（一）市国土局牵头的用地手续节点上，在土地招拍挂或办理土地划拨手续前，并联市规划局确立的规划设计条件，组织完成项目涉及的文物勘探和保护工作及电力部门供电容量配套。

（二）市环保局牵头的环保手续节点上，完成建设项目环境影响评价审批。

（三）市发改委牵头的项目手续节点上，完成可行性研究报告审批和企业投资项目核准（如属技改项目，则由市经委负责），并联市防震减灾局的地震安全性评价审定。对于政府投资项目，项目建议书与可行性研究报告合并审批。

（四）市规划局牵头的规划手续节点上，完成用地规划许可、工程规划许可；并联14个部门和单位的相关事项：将市林业园林局的古树名木保护、市国土局的土地整合、市城管局的广告位设置、市安监局的安全设施设置、市交管局的道路开口、市文化局的文物保护、市国安局的涉及国家安全事项、市水务局的涉水事项、市卫生局的涉及可能产生职业病危害的项目及涉及自来水、燃气、供电、通讯、地铁等与项目相配套的相关事项，一并纳入规划设计条件。

（五）市建委牵头的设计施工及验收节点上，在设计施工阶段，并联建委、规划、消防、卫生、人防、广电、水务、气象、安监等部门完成设计文件行政部门审查（对涉及国家安全事项及户外广告设置的项目，市建委根据市规划局定点意见确定增加上述部门参与设计审查），并将质量监督备案、安全监督备案、招投标备案作为施工许可的内部环节；在建设工程竣工验收阶段，并联规划、消防、环保、卫生、人防、安监、水务、气象、广电、林业园林、国安、城管等部门验收后，完成竣工验收备案。

（六）市房管局牵头商品房预售许可和房屋产权办理2个节点。

（七）由于供地方式的不同，并联审批的流程也相应分为招拍挂土地的项目和非招拍挂土地的项目两种。具体情况见《成都市建设项目并联审批一般流程简图》（附后，其中

（一）为招拍挂土地；

（二）为非招拍挂土地）。

三、工作制度

节点牵头部门和各相关部门按照“统一受理、分头审批、限时完成、集中回复”的原则，通过推行并联审批工作制度，保证行政审批有效实施。

（一）牵头部门和相关部门应按并联审批的要求，商定本节点内并联审批的程序、方法和具体工作制度，明确牵头部门和相关部门在本节点内各自的职责。

（二）牵头部门负责统一接件、统一回复办理结果，并履行本节点内并联审批的牵头、协调职责。各相关部门依据法律法规的规定和本节点并联审批的流程，在牵头部门要求的时限内，出具相关的审批手续给牵头部门，由牵头部门通过窗口统一回复申办单位。限期内未回复则视为同意，由此产生的责任由逾期单位负责。

（三）牵头部门与相关部门应认真落实行政审批集中办理的要求，由一个处室负责本部门行政审批事项的办理。

（四）落实行政效能监察机制。在各节点内，凡牵头部门未履行牵头责任，相关部门未在时限内履行审批职责的，按照行政效能监察的有关规定，追究相关部门和直接责任人员的责任。

附件：1.市国土局、市环保局、市发改委、市规划局、市建委、市房管局等部门有关建设项目并联审批工作规则

2.成都市建设项目并联审批一般流程简图

附件1

市国土局牵头建设项目并联审批工作规则

一、招拍挂土地

（一）牵头单位：市土地拍卖中心。

（二）并联部门：市规划局、成都电业局、市文化局、市国土规划地籍事务中心。

（三）审批事项：招拍挂出让国有土地使用权。

（四）办理窗口：市土地拍卖中心、市政务服务中心国土资源分中心。

（五）办理要求：土地提供方持拟出让地块土地权属资料和拆迁补偿安置完成情况及用地范围图等资料和图件报件，由市土地拍卖中心受理。

（六）办理程序：

1．土地提供方提出申请，市土地拍卖中心受理后，发函至相关并联审批部门。

2．土地提供方持市土地拍卖中心的函件到相关并联审批部门办理招拍挂出让土地前置手续，各并联审批部门按规定出具相关审批手续：

市规划局出具出让地块红线图、红线拨地交接单、界址点成果表和《规划设计条件通知书》等规划文件资料；

成都电业局出具出让地块《宗地电网和供电容量配套方案》；

市文化局出具出让地块《文物调查勘探结果通知书》；

市国土规划地籍事务中心出具出让地块《用地面积核定单》。

3．土地提供方将并联审批部门审批手续提交市土地拍卖中心，由市土地拍卖中心编制招标拍卖挂牌出让地块的出让方案（含确定出让地块标底和底价）。

4．市国土局发布招标拍卖挂牌出让国有建设用地使用权公告，市土地拍卖中心组织实施招标拍卖挂牌出让国有建设用地使用权工作（含组织招标中标会、拍卖成交会、挂牌成交会；核发招标《中标通知书》，签订拍卖、挂牌《成交确认通知书》等工作）。

5．招标中标人持《中标通知书》或拍卖挂牌竞得人持《成交确认通知书》到市国土局签订《国有建设用地使用权出让合同》，交纳土地出让价款。

6．由市土地拍卖中心汇同土地提供方向受让人移交土地。受让人（建设单位）持《国有建设用地使用权出让合同》办理项目批准、规划许可、开工许可等后期建设手续。

（七）办理时限及服务承诺：

1．办理时限：从招拍挂确定用地单位起算，6个工作日。

2．服务承诺：

（1）实行首问责任制和一次性告知制度。受理人员须一次性告知办理该行政审批事项所需要的必备材料、法定程序以及办理时限；当对方提交的申请材料不完全或不符合法定形式时，应当场一次性告知需补齐的全部材料。

（2）依法行政，秉公办理，严格遵守制度，不以权代法，不吃拿卡要和有意刁难服务对象。

（3）遵守文明服务公约，做到文明用语，礼貌待人，服务态度热情，不说粗话、脏话，杜绝不良忌语或恶语伤人。

监督电话：87050149。

二、非招拍挂土地

（一）牵头单位：市国土局。

（二）审批内容：行政划拨或协议出让国有土地使用权。

（三）办理窗口：国土资源分中心。

（四）办理要求：用地单位持建设项目批准文件、立项备案文件，规划选址意见书、建设用地规划许可证、规划设计条件通知书或总平面图、用地红线图、拨地放线交接单、界址成果表，土地权属文件等材料向市国土局提出申请，由国土资源分中心受理。

（五）办理程序：

1．国土资源分中心窗口受理；

2．市国土局审核；

3．市政府审批；

4．划拨土地填发《划拨决定书》、《建设用地批准书》；出让土地签订《国有土地使用权出让合同》，用地单位缴纳土地出让金；

5．用地单位办理规划许可、开工许可等后期建设手续。

（六）办理时限： 6个工作日（不含市政府审批时间）。

监督电话：87050149。

市环保局建设项目并联审批工作规则

一、审批单位

市环保局。

二、审批事项

建设项目环境影响报告书（表）、登记表审查。

三、办理窗口

市政务服务中心市环保局窗口。

四、办理要求

备案制管理项目环境影响评价文件通过评估中心评审后，由申请人报送，并附规划选址意见、项目备案通知书、所在地环保部门意见。

五、办理程序（市环保局窗口受理）

市环保局窗口负责统一受理申请材料，向申请人出具受理通知书，并在6个工作日内作出是否批准的决定，并书面通知建设单位。

对申请材料不齐全或者不符合法定形式的，当场或3日内一次性告知申请人需要补正的全部内容。

六、服务承诺

1．实行首问责任制和一次性告知制度。受理人员须一次性告知办理该行政审批事项所需要的必备材料、法定程序以及办理时限；当对方提交的申请材料不完全或不符合法定形式时，应当场或3日内一次性告知需补齐的全部材料。

2．依法行政，秉公办理，严格遵守制度，不以权代法，不吃拿卡要和有意刁难服务对象。

3．遵守文明服务公约，做到文明用语，礼貌待人，服务态度热情，不说粗话、脏话，杜绝不良忌语或恶语伤人。

4．建设项目环境影响报告书（表）、登记表审批流程图。

市发改委牵头建设项目并联审批工作规则

一、牵头单位

市发改委。

二、并联部门

市防震减灾局。

三、审批事项

（一）市发改委：政府投资建设项目可行性研究报告审批和企业投资项目核准;

（二）市防震减灾局：重大工程和可能因地震产生严重次生灾害的工程的地震安全性评价和抗震设防要求的审定。

四、办理窗口

市政务服务中心市发改委窗口。

五、办理条件

（一）市发改委审批事项申报条件：

1．政府投资建设项目可行性研究报告审批：可研报告经评审机构评审后，由申请人报送，并附规划选址、用地预审和环评审批文件；

2．企业投资项目核准：由申请人报送核准申请报告，并附规划选址、用地预审和环评审批文件。

（二）市防震减灾局审批事项申报条件：由申请人准备符合申请条件的工程项目立项报告书及立项批准文件（复印件盖单位鲜章1份）；项目可行性（预）研究报告（复印件盖单位鲜章1份）；项目选址意见书（复印件盖单位鲜章1份）；项目拟建场地的总平面图（原件1份）；《重大工程和可能因地震产生严重次生灾害的工程的地震安全性评价和抗震设防要求的审定申报书》（4份）一并报送市发改委窗口。

六、工作程序

第一步：（市发改委窗口受理）

市发改委窗口负责统一受理申请材料，市防震减灾局不再另行受理申请。

市发改委窗口受理并联审批申请事项后，向申请人出具受理通知书。

对申请材料不齐全或者不符合法定形式的，应当场或者在5日内一次性告知申请人需要补正的全部内容。

第二步：（材料传递）

市发改委窗口受理申请后，应当及时录入申请材料，并将申请材料传递到市防震减灾局。

第三步：（并行审批）

市防震减灾局收到市发改委窗口传递的申请材料后，依法进行审查，同时启动审批。

第四步：（限时办结）

审批实施部门对申请进行审查后，应当在公布的承诺时限内作出审批决定。

经审查予以审批的，市防震减灾局将证照、批文等移交市发改委窗口。

对依法不予审批的，市防震减灾局要将不予审批的书面决定和理由送交市发改委窗口，由市发改委窗口告知申请人。

第五步：（统一发文）

审批实施部门办结后，由市发改委窗口通知申请人领取审批文件。

七、办理时限及服务承诺

（一）办理时限。

1．政府投资建设项目可行性研究报告审批办理时限：6个工作日；

2．企业投资项目核准办理时限：5个工作日；

3．重大工程和可能因地震产生严重次生灾害的工程的地震安全性评价和抗震设防要求的审定办理时限与市发改委审批同步进行。

（二）服务承诺。

1．实行首问责任制和一次性告知制度。受理人员须一次性告知办理该行政审批事项所需要的必备材料、法定程序以及办理时限；当对方提交的申请材料不完全或不符合法定形式时，应当场或者在5日内一次性告知需补齐的全部材料。

2．依法行政，秉公办理，严格遵守制度，不以权代法，不吃拿卡要和有意刁难服务对象。

3．遵守文明服务公约，做到文明用语，礼貌待人，服务态度热情，不说粗话、脏话，杜绝不良忌语或恶语伤人。

监督电话： 86645911。

市规划局牵头建设项目并联审批工作规则

一、牵头单位

市规划局。

二、并联部门及审批事项

（一）市林业园林局：涉及名木古树的保护；

（二）市国土局：涉及土地整合的项目；

（三）市城管局：涉及广告位的设置要求；

（四）市水务局：涉及污雨水排水条件、城市防洪、沟渠改造、涉水构筑物的项目；

（五）市安监局：安全设施项目设立前审查（限危险化学品、烟花爆竹项目）；

（六）市国安局：涉及国家安全的项目；

（七）市卫生局：涉及可能产生职业病危害的项目；

（八）市交管局：涉及道路开口；

（九）市文化局：涉及地下文物勘探保护（非招拍挂用地）、历史文化街区、文物保护单位的项目；

（十）市地铁办：涉及地铁控制范围的项目；

（十一）成都电业局：电源条件、现状管网的保护及迁改；

（十二）市自来水公司：水源条件、现状管网的保护及迁改；

（十三）市燃气公司：气源条件、现状管网的保护及迁改；

（十四）蓉城管线公司：通讯管道新建、现状管网的保护及迁改。

三、工作职责

（一）由市规划局负责统一受理报建，确定项目涉及的并联单位，并牵头本节点内并联审批单位的协调。

（二）各相关并联部门依据法律法规的规定和并联审批流程，针对项目所需在规划条件中明确的内容和控制要求，出具审批手续（或意见），由市规划局将相关内容纳入统一核发的规划条件中。

（三）各相关并联部门应在限期内予以回复，未回复则视为无要求（或无意见），由此产生的责任由逾期单位负责。

四、工作程序

（一）各并联部门需向市规划局提供报建单位应准备的必备文件、图纸以及制式文件、表格等。各部门提出的受理必备文件，如有重复，只确定提交一个部门进行审查并给出结论，取消其他部门的此项文件（如均需国土文件，则统一由市规划局审查此项内容，不再重复收取）。

（二）市规划局根据各并联部门的要求，统一制定并对外公布报建指南以及工作程序等。

（三）办理流程及时限。

1．市规划局政务中心窗口统一受理，在1个工作日内将报建文件、资料、图纸转市规划局业务处室审查；

2．市规划局根据项目具体情况，在3个工作日内研究确定项目涉及的并联审批部门，并对确定的并联审批部门出具《建设项目并联审批办理意见函》及有关附件；

3．相关部门并联审批，并在5个工作日内将审批意见返市规划局窗口；

4．市规划局综合分析各并联部门返回的意见，在5个工作日内办理规划条件；

5．市规划局窗口在1个工作日内核发规划条件及其附件。

五、其他要求

（一）建设项目涉及相关并联审批部门的报建文件，在“报建指南”中予以明确。

（二）本规则并联内容为规划条件，各并联部门根据市政府第145号令明确的行政许可事项，仅针对需提前对建设项目提出控制要求并纳入规划条件的事项。其他需要在建设项目后期报建中予以明确的事项不在本次并联审批的内容之中。

（三）市规划局通过并联审批核发的规划条件中已纳入相关并联部门的控制要求，不再另向报建单位发放相关并联部门的审批文件。

（四）市规划局负责牵头并联审批工作的承办处室为行政审批处。

监督电话：83182360。

市建委牵头建设项目并联审批工作规则

第一项市建委牵头建筑工程设计及施工许可并联审批工作规则

一、牵头单位

市建委。

二、配合单位

市规划局、市消防支队、市卫生局、市人防办、市水务局、市安监局、市气象局、市广电局、市国安局、市城管局、市招标办、市质监站、市安监站。

三、审批内容

（一）市建委（牵头部门）：对公共设施配套建设设计进行审核，牵头承办、并对申报资料进行政策性审查，汇总批复，核发《建筑工程施工许可证》；

（二）市规划局（配合部门）：对建设项目施工图是否符合规划进行核实；

（三）市消防支队（配合部门）：对建设项目消防设计进行审核；

（四）市卫生局（配合部门）：对食品生产企业、公共场所、供水单位等建设项目设计文件中所涉及的相关卫生设施进行卫生审查；

（五）市人防办（配合部门）：对建设项目人防设计文件进行审查；

（六）市水务局（配合部门）：对建设项目排水设施设计文件进行审核；

（七）市安监局（配合部门）：对危险化学品建设项目进行安全设施设立安全审查；

（八）市广电局（配合部门）：对建设项目广电设施设计文件进行审查；

（九）市气象局（配合部门）：对建设项目防雷设施设计文件进行审查；

（十）市国安局（配合部门）：对建设项目涉及国家安全事项设施设计文件进行审查；

（十一）市城管局（配合部门）：对建设项目户外广告设置设计文件进行审查。

四、办理窗口

市政务服务中心建设分中心建筑工程设计及施工许可窗口。

五、办理要求

（一）市建委：由申请人填写符合申请条件的工程项目施工图设计概要表（1份）；户型统计表（1份,非住宅项目不报送）；经市规划局批准的方案总平面图及规划设计条件通知书（1份）；经施工图审查机构审查合格的建筑专业平、立、剖面图（1份）；外立面设计说明及效果图（1份，不属成建委发〔2006〕257号文要求范围内的建筑不报送）；全套施工图设计文件、外立面效果图及地勘报告电子文件（1份，刻录光盘）；设计概（预）算书（1份）；市环保局环境影响报告书批复（1份，市发改委实行备案制项目提供）；成都市房屋建筑工程施工图设计文件审查合格书（1份）；中标通知书（1份）；承包合同（1份）；项目审批部门的项目批准文件复印件（立项批复、招标核准表，1份）；中标人或承包人的资质证书、安全生产许可证、注册建造师证复印件（1份）；外地施工企业入蓉备案登记（1份）；《成都市建筑工程和市政基础设施工程质量监督备案表》（1份）；《成都市建筑工程设计文件审查批准书》（1份）；《成都市房屋建筑工程施工图设计文件审查合格书》（1份）；建设（监理）单位确定的工程质量检测见证取样送检人员名单及授权书（1份）；《建筑工程安全监督备案登记表》（4份并签章）；《施工现场地下管线资料交接材料证明表》（4份并签章）；中标企业项目负责人经建设行政主管部门安全生产能力考核合格的证明材料（1份）；中标企业专职安全管理人员的《安全生产考核合格证书》（1份，安全员一寸彩照一张）；备案的安全文明施工措施费支付协议（原件）及安全文明施工措施费支付凭证（1份，查原件收复印件）；建筑工程施工许可证申请表(1份，建设项目业主单位盖章、法定代表人签章)；用地批准手续（国土证或出让合同或土地划拨决定书）（1份，查原件收复印件）；《建设工程规划许可证》及附件（盖骑缝章的总平面图）（1份，查原件收复印件）；建设单位、施工单位、监理单位三方会签盖章的施工组织设计会签表（1份，收原件）；银行出具的到位资金证明（1份，工期不足1年，资金不得少于50%；工期超过1年，资金不得少于30%）；建设与施工单位民工工资担保手续（1份，收原件）；建设单位预付的工程备料款进账单（1份，查原件收复印件）；建设项目报建费交费核验通知单（1份，收原件）；监理机构人员配备表（1份）；工程项目基本情况表和施工单位现场主要管理人员一览表（1份）；开工条件审查表（1份）。

（二）市规划局：建施总平面图（1份）；建施平、立、剖面图（1份）。

（三）市消防支队：各专业施工图（各1份，包括建施总平面图、水施总平面图）。

（四）市卫生局：建施总平面图（1份）；建施图（1份）；水施总平面图（1份）；水施生活饮用水二次贮水设施及水泵房平面图（1份）；通风专业施工图（1份）。

（五）市人防办：建施总平面图（1份）；地下室各专业施工图（1份）。

（六）市水务局：水施总平面图（1份）。

（七）市安监局：建施总平面图（1份）；建设项目安全设施设计专篇（1份）。

（八）市气象局：设计说明（1份）；电施防雷设计图（1份）。

（九）市广电局：设计说明（1份）；电施有线电视设计图（1份）。

（十）市国安局：建筑方案图（1份）；建施总平面图（1份）；建施平面图（1份）；强弱电系统图（1份）。

（十一）市城管局：项目使用权证明（1份）；建施总平面图（1份）；户外广告设施设计图及效果图（1份）；户外广告设施制作说明及安全维护措施（1份）。

六、办理程序

市建委窗口负责统一受理申请材料，根据项目分类情况，确定并联审批单位。

第一步：申请人持符合审查要求的材料向窗口提出审查，材料齐全符合条件的，予以受理。

市建委窗口受理并联审批申请事项后，向申请人出具受理通知书。

对申请不符合法定形式或不符合要求的，应当场或者在3个工作日内一次性告知申请人需要补正的全部内容。

第二步：市建委窗口受理申请后，应当及时录入申请材料，并将申请材料传递到各配合单位。

第三步：各配合单位收到市建委窗口传递的申请材料后，依法进行审查。

第四步：各配合单位对申请进行审查后，应当在公布的承诺时限内作出审查决定。

经审查予以通过的，各配合单位将审查意见等移交市建委窗口。

对审查不合格的，要将不予通过的书面决定和理由送交市建委窗口，由市建委窗口向申请人出具《成都市建筑工程设计文件审查整改通知书》和《成都市建筑工程施工许可证核发整改通知书》。

第五步：审批实施部门办结后，由市建委窗口发出《建筑工程施工许可证》。

七、办理时限及服务承诺

（一）办理时限。对资料完整、符合要求的项目，15个工作日内完成。

（二）服务承诺。

1．实行首问责任制和一次性告知制度。受理人员须一次性告知办理该行政审批事项所需要的必备材料、法定程序以及办理时限；当对方提交的申请材料不完全或不符合法定形式时，应当场或者在3个工作日内一次性告知需补齐的全部材料。

2．依法行政，秉公办理，严格遵守制度，不以权代法，不吃拿卡要和有意刁难服务对象。

3．遵守文明服务公约，做到文明用语，礼貌待人，服务态度热情。

4．监督电话：86638846（市建委监审处）。

第二项市建委牵头建筑工程并联竣工

验收工作规则

一、牵头单位

市建委。

二、配合单位

市规划局、市环保局、市消防支队、市气象局、市卫生局、市人防办、市水务局、市安监局、市林业园林局、市广电局、市国安局、市城管局。

三、审批内容

（一）市建委（牵头部门）：对建设项目竣工质量验收牵头进行并联审批；

（二）市规划局（配合部门）：对建设工程是否符合规划条件予以核实；

（三）市环保局（配合部门）：对竣工建设项目环境保护设施进行竣工验收；

（四）市消防支队（配合部门）：对有消防设计的建筑工程竣工时进行消防验收；

（五）市气象局（配合部门）：对建设项目防雷装置进行竣工验收；

（六）市人防办（配合部门）：对建设项目防空地下室进行竣工验收；

（七）市水务局（配合部门）：对建设项目排水设施进行竣工验收，核发取、排水许可证；

（八）市卫生局（配合部门）：对食品生产企业、公共场所、供水单位进行竣工验收；

（九）市安监局（配合部门）：对危险化学品建设项目安全设施进行竣工验收；

（十）市林业园林局（配合部门）：对建设项目竣工验收绿地指标进行审核；

（十一）市广电局（配合部门）：对社区有线电视系统进行竣工验收；

（十二）市国安局（配合部门）：对涉及国家安全事项的项目进行竣工验收；

（十三）市城管局（配合部门）：对建设项目涉及的户外广告设置进行竣工验收。

四、办理窗口

市政务服务中心市建委窗口。

五、办理要求

（一）市建委建筑工程竣工验收：

1．成都市建筑工程竣工验收申请表；

2．工程竣工验收告知单；

3．工程竣工验收通知书；

4．勘察文件质量检查报告；

5．设计文件质量检查报告；

6．单位工程质量评估报告。

（二）建筑工程规划核实验收：

1．建筑工程规划许可证（附图，复印件）；

2．房屋竣工验收测绘图；

3．房产测绘成果报告；

4．城建档案竣工资料审核意见。

（三）建筑工程环保验收：建设项目竣工环保验收监测报告（涉及柴油发电机、中央空调等强噪音设备项目和产生餐饮油烟、餐饮废水项目），其他项目提供无上述污染源说明。

（四）建筑工程消防验收：

1．消防工程施工单位资质证书（复印件）；

2．自动消防设施的维护保养合同；

3．经建设单位签字认可的施工安装单位对隐蔽工程、固定消防灭火系统、自动报警系统、防排烟系统的安装、调试、开通的记录及水系统的耐压试验报告（均应由责任人签名）；

4．建筑内部装修材料见证取样、抽样检验报告及燃烧性能证明材料，阻燃制品的燃烧性能证明（装饰工程应提供此件）；

5．检测单位对固定消防灭火系统、自动报警系统、防排烟系统的检测报告（只设室内消火栓系统的建筑不作要求）；

6．施工单位、建设单位、监理单位三方责任人签名认可，三方单位盖有公章的钢结构防火处理详细施工记录报告；

7．商住楼、综合楼、办公楼、宾馆、商场、市场等公众聚集场所及易燃易爆场所应提供竣工图2份（以电子文档形式报送）。

（五）防雷装置竣工验收：防雷装置检测报告。

（六）人防工程竣工验收备案：

1．市人防办审核通过的人防工程施工图1份（建筑、结构、水、风、电）；

2．人防工程施工图技术交底纪要、设计变更通知、隐蔽工程记录、质量保证和自检材料、分部分项工程质量评定表等质量备案资料各1份；

3．建设、设计、施工、监理、防护设备厂等单位出具的该项目人防工程质量评估报告各1份。

（七）建筑工程涉水项目验收：

1．涉水事项竣工图（含总平面图）、设计变更书（取水、排水、节水、涉河河渠、水土保持项目）；

2．取水工程验收报告。

（八）建筑项目卫生验收（食品生产企业、公共场所及供水单位）：生活饮用水二次供水涉水产品的卫生行政部门许可证批文。

（九）建筑项目安全设施竣工验收（危险化学品建设项目）：

1．安全设施竣工验收评价报告；

2．建设项目安全设施施工情况报告（5份）。

（十）林业和园林竣工验收：

1．市规划局审批的总平面图（复印件）；

2．绿化竣工总平面图。

（十一）建筑项目有线电视系统竣工验收：

1．工程竣工文件（含工程竣工报告、工程竣工图纸、隐蔽工程记录、系统指标测试记录）；

2．有线电视系统工程质量检测报告。

（十二）建设项目国家安全事项验收：

1．建筑及强、弱电竣工图1份；

2．国家安全防范系统完成情况说明。

六、办事程序

市建委牵头，按项目分类并联规划、环保、消防、人防、气象、卫生、水务、安监、林业园林、广电部门根据各自职责承办。

第一步：申请单位提出申请，持所需申请材料向市政务服务中心市建委窗口提出申请，材料齐全的，当场受理，向申请人出具受理通知书。对申请材料不符合法定形式或不符合要求的，应当场或者在2日内一次性告知申请人需要补正的全部内容，申请人应按要求修改补充。

第二步：由市建委根据项目情况将申请材料分类分送有关配合单位。

第三步：对需踏勘现场的部门，由市建委组织到现场进行踏勘，并形成初步验收意见。

第四步：各配合单位对同意竣工验收的项目出具验收意见，在规定时限内返回市建委。对验收不合格的，要将不予验收的决定和理由送交市建委窗口，由市建委窗口向申请人出具整改通知书。

第五步：通过竣工验收的项目，申请单位到市政务服务中心市建委窗口领取证照。

第六步：建设单位在工程项目竣工验收合格后，送市政务服务中心市建委窗口备案。

七、办理时限及服务承诺

（一）办理时限：对资料完整、符合要求的项目，7个工作日内完成。

（二）服务承诺：

1．实行首问责任制和一次性告知制度。受理人员须一次性告知办理该行政审批事项所需要的必备材料、法定程序以及办理时限；当对方提交的申请材料不完全或不符合法定形式时，应当场或者在2日内一次性告知需补齐的全部材料。

2．依法行政，秉公办理，严格遵守制度，不以权代法，不吃拿卡要和有意刁难服务对象。

3．遵守文明服务公约，做到文明用语，礼貌待人，服务态度热情。

4．监督电话：86638846（市建委监审处）。

市房管局牵头建设项目并联审批工作规则

一、牵头单位

市房管局。

二、审批事项

商品房预售许可、测绘报告审核和房屋权属登记。

三、办理窗口

市政务服务中心房产分中心产权办理窗口。

四、办理要求

（一）办理商品房预售许可申报要求。

由申请人将下列材料一并报送市房产分中心商品房预售受理窗口。

1．商品房预售许可申请表；

2．国有土地使用权证、建设工程规划许可证及骑缝章总平图、建筑工程施工许可证；

3．建设工程施工合同及施工进度说明；

4．营业执照、资质证书；

5．法人授权委托书及受托人有效证件；

6．预售方案；

7．其它必要材料（如：国土使用权设定抵押的需抵押权人出具办理转移登记的证明，联建项目需提供联合申请、联建协议及有权决定机关或上级主管部门的决定）。

以上各项均需提供原件，其中2、3、4项审原件、收复印件。

（二）测绘报告审核申报要求。

由申请人将下列材料一并报送市房产分中心测绘报告审核受理窗口。

1．申请；

2．竣工图；

3．测绘报告；

4．房产项目测绘委托合同书；

5．房产管理部门认为需要提交的其他相关资料。

以上各项需提供原件。

（三）初始登记申报要求。

由申请人将下列材料一并报送市房产分中心初始登记受理窗口。

1．登记申请书、营业执照、法人授权委托书及受托人有效证件；

2．国土使用证、建设工程规划许可证及规划总平图、建设工程规划竣工验收合格证、施工许可证；

3．面积测量报告；

4．竣工验收备案表(2002年后项目)或质量等级核定通知单（2001年前项目须同时提交消防验收意见书）；

5．维修基金缴（免）存证明、物业保修金缴（免）存证明；

6．其他登记机关认为必要的材料。

以上各项需提供原件。

五、办理程序第一步：（房产分中心窗口受理）

申请人提出申请，窗口受理申请事项后，向申请人出具受理告知单。对于申请材料不齐全或者不符合法定形式的，应当场一次性告知申请人需要补正的相关内容。

第二步：（审核）

将受理材料移交相应的后台审核人员，按照初审、复审、审批的流程依法进行审查。（商品房预售许可需在初审后进行现场勘查）。

第三步：（限时办结）

后台审核人员对申请进行审查后，应当在公布的承诺时限内作出许可决定或载入登记簿，测绘报告审核应在公布的承诺时限内归档。

第四步：（统一发证）

后台审核部门办结后，由受理窗口通知申请人领取证书或归档后的测绘报告。

六、办理时限及服务承诺

（一）办理时限：

1．商品房预售许可办理时限：2个工作日。

2．测绘报告审核办理时限：10个工作日。

3．初始登记办理时限：7个工作日。

（二）服务承诺：

1．实行首问责任制和一次性告知制度。受理人员须一次性告知办理事项所需要的必备材料、法定程序以及办理时限；当对方提交的申请材料不完全或不符合法定形式时，应当场一次性告知需补齐的全部材料。

2．依法行政，秉公办理，严格遵守制度，不以权代法，不吃拿卡要和有意刁难服务对象。

并联机构的研究篇3

关键词：并联机构少自由度发展现状存在问题发展方向

中图分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1007-3973(2010)09-094-02

1、并联机构的研究意义

一个机构产生若干个分支后续机构，或者若干个分支机构汇合于一个后续机构的组合方式称为机构的并联组合。并联机构具有多个臂，各臂具有球窝接头。球窝包括：半球状凹部，其对球状头部的前端部到赤道的范围进行保持；延长部，其平滑地从该半球状凹部连续，并从球状头部的赤道向上述轴部侧延伸。

相对于串联结构来说，并联结构具有以下优点：

(1)I作空间较小；(2)运动惯性小：(3)与串联机构相比，刚度大，结构稳定紧凑，承载能力强；(4)无串联机器人那样的误差累积和放大，所以无累积误差，精度较高；(5)运动链较短，驱动装置可置于定平台(机架)上或接近项平台(机架)的位置，这样运动部分重量轻，速度高，惯性小，动态响应好；(6)完全对称的并联机构具有较好的各向同性。(7)在位置求解上，串联机构正解容易，反解困难，而并联机器人正解困难，反解容易。

因为并联机构在线实时计算时要求计算反解的，这对串联机构十分不利，而并联机构却容易实现，而且在需要高刚度、高精度或者大载荷而无须很大工作空间的领域那得到了很好的发挥，由于这一系列优点，因而扩大了整个机器人的应运行业。

2、国内外并联机构研究的现状与存在的问题

2.1现状

1931年，Gwinneu在其专利中提出了一种基于球面并联机构的娱乐装置；然后Gough在1962年发明了一种基于并联机构的六自由度轮胎检测装置：1965年，德国Stewar首次对Gough发明的这种机构进行了机构学意义上的研究，被命名为Sewart机构。1978在澳大利亚著名机构学教授Hunt 1978年首次提出将六自由度并联机构用于机器人手臂。紧随其后Pham.D.J和MaccaIlion第一次将该机构按操作器设计，成功的将Stewart机构用于装配生产线。标志着真正意义上的并联机器人的诞生，推动了并联机器人的发展，

并联机构由最初的Stewart平台不断发展，到今天已形成了一个庞大的体系。从三，四，五自由度的机器人一直到现在到六自由度的机构，因为很多实际操作任务不需要空间全部六自由度的，而用少自由度的会更便宜，更方便，基于少自由度并联机器人具有的，机构简单，自由度少，应用广泛，类型更多，经济，有巨大的市场需求等优点，它呈现出了很大的前景。

2.2关于少自由度的研究主要有

2.2.1三自由度

像在1983年，Hunt提出的三自由度并联平台机构，它能实现两个自由度的转动和一个自由度的移动，而得到大家的看好，这里S表示球面副，R表示转动副，P表示移动副，Angeles与Gosselin提出了平面和球面三自由度并联机器人，Gosselin等对一种新型的三自由度并联机构的设计和动力学平衡进行了研究；Clavel提出了并联式三自由度移动DELTA机器人：Badeseu研究了3－UPS并联平台机构工作空间的优化问题，Herve在1991年综合出多种有四自由度分支构成的对称三维移动机构；在国内，在1995年，黄真教授在IEEE会议上提出了一种三自由度立方形并联机器人机构，于1996年又提出了数种新型的三自由度角台结构，再1999年，他提出了一种新型的空间三维移动机构－空间3－RRC并联机构，给出了位置反解公式和正解的八次方程

2.2.2四自由度

在1999年,Rolland年提出两种用于物料搬运的四自由度并联机构：Manta与Kamuk。以上两种四自由度并联机构的共同之处是：在于分支中都含有球面四杆机构，以上约束动平台不需要的转动自由度。而我国，在2000年，黄真和赵铁石综合处第一种对称的四自由度4-URU并联机构，可实现三个移动自由度和一个绕z轴的转动自由度。在2001年，Gosselin与Zlatanov提出了一种对称的四自由度并联机构，具有三个转动自由度和一个沿z轴的移动自由度。而且在2001年，金琼等也提出了一些可实现两个转动自由度和两个移动自由度的非对称并联机构。

2.2.3五自由度

在1999年,Park与Lee年提出一种机构复杂的双层五自由度并联机构；ustad提出一种基于两个并联机构的五自由度混合型结构；在2001年，Jin综合出具有三个移动自由度和两个转动自由度的非对称五自由度并联机构；在国内，高峰与2002年通过给六自由度并联机构添加一个五自由度约束分支的方法，综合出两种五自由度并联机构，

2.3存在的问题

最早的研究主要集中在对六自由度的研究上，并联机构的研究已有80的历史了，直到上世纪80年代后，学者开始研究少自由度并联机构，提出了一些新的并联机构构型，从而使并联机构市场化程度得以加大。

现在，国内外关于并联机构的研究主要在动力学，控制动力方面，机构学，运动学，近十年来，从大量关于并联机构研究的文献上可以看出，关于并联机构的研究取得了很大的进步，但大量的研究工作需要进展，主要有以下几个方面：(1)加强并联机构的动力学研究，(2)加强球面并联机构，少自由度机构的研究，尤其是解耦机构的研究，满足市场的实际需要，(3)进一步加强串并联机器人的研究，充分利用串并联机构的优点，实现功能强，特性好，类型广的新型机器人，(4)加强位置正解的研究，使位置正解更加简单，寻求简化精度补偿，工作空间，和奇异外形的方法，(5)进一步研究并联机器人机构的型数综合，需求结构更加合理，适合不同用途的并联机构，使并联机构的运动学和动力学数学模型变得简单，同时考虑深入研究多种约束条件的并联机构优化设计方法。

3、并联机构的展望

基于模块化，开放性的设计思想，在VisualC++6.0下，基于OpenGL开发了具有Windows界面支持的并联机构运动仿真平台，并开发了相应仿真分析软件。结合并联机构结构形式多样化的特点，建立了零件库和并联机构库模块。用户通过调用零件库中已经建立的零件模型，构建并联机构库中的机构。用户也可以通过智能化人机界面，对并联机构的结构参数进行选择和修改。

纳／微米并联微操作机器人技术是综合纳，微米技术和并联机器人技术迅速发展而形成的新研究方向，涉及计算机、自动控制、机器人、精密测量，精密机械等多学科领域。广泛应用于生物医学领域中的微电子装配、精细外科手术、光纤对接微细加工、细胞与基因操作等领域，通过对当前国内外并联微操作机器人的研究状况、产品化应用以及实际应用等方面的发展态势进行详细地回顾，总结纳，微米级并联微操作机器人这一研究方向在柔性铰链设计、运动解耦性、理论分析、承载能力、新材料、驱动，工作空间、实时标定与测量等方面存在的问题，并提出改进意见，以期对该领域未来的创新设计以及发展研究产生一定的核心作用

近年来并联机器人已成为机器人领域研究的热点之一。由于其具有控制复杂，不确定性、高度非线性等特点，理论研究还处在发展阶段，控制精度和实时性都有待提高。而智能控制是一个新兴的学科，是控制领域发展的高级阶段。将智能控制引入并联机器人有助于提高并联机器人的控制性能。总结了智能控制中的模糊控制、神经网络控制以及集成智能控制在并联机器人领域的应用现状，并指出了未来发展方向。

参考文献：

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[2]李金泉，丁洪生，付铁，庞思勤；并联机床的历史、现状及展望[J]机床与液压,2003年03期，

[3]储开宇，21世纪新式数控机床——虚拟轴机床[J]，机械工程师,2004年08期

[4]陶学恒，马丽敏，刘彤宴，刘文华，五轴联动并联机床的三维实体建模及运动仿真[J]，机械工程师；2005年09期，

[5]罗建国，一种新型并联机床结构形式[J]，机电工程技术,2003年06期

[6]赵亮；郭建烨；蔡光起，一种3-TPS(RRR)型并联机床伸缩杆的设计[J]，机械制造,2006年03期

[7]储开宇，发展中的新武制造业加工装备-并联机床[J]，煤矿机械,2004年08期

λ型并联机床的工作空间分析篇4

为了提高生产效率和改善零件的加工质量而发展的高速和超高速加工现已成为机床发展的一个重大趋势, 由于并联机构具有高刚度、高承载能力、高动态特性、高速度及结构紧凑等特点, 而倍受机械制造业的青睐, 以并联机构为运动机构的机床研究已成为国际上研究与开发的热点。并联机床的核心问题是执行件的位移精度和动态特性, 现有并联机床具有简单、合理的结构模式, 其所应用的传统驱动方式固然具有许多优势, 但是也存在一些难以克服的弊病;如果应用更合适的驱动技术, 会进一步提高其传动精度和工作效率, 因此, 有必要研究并联机床进给系统的新式驱动方式。直线电机直接驱动的工作台无反向工作死区, 由于电机惯量小, 所以由其构成的直线伺服系统可以达到较高的频率响应。λ机构因在初始的直线点时连杆处于瞬时平动状态, 外形似λ, 故称λ型机构。本文通过对平面并联机床实例的研究和分析从而得出λ型平面四杆机构的工作空间。

1 λ型平面并联机床的机构描述及其运动学正反解

λ型平面四杆机构的结构特征见图1, 本机构由直线电机、直线电机导轨和运动臂构成。由于该机床机构简单、控制方便, 较容易根据加工对象而将其设计成专用机床, 同时也可以将之开发成通用机床。这种机床具有高刚度、高承载能力、高速度、高精度以及重量轻、制造成本低、标准化程度高等优点, 在许多领域都得到了成功的应用。设机床的导轨长为a, 两导轨之间的距离为h, 运动臂长为L, 刀具位置为l。

建立如图1所示的固定坐标系oxy, 根据几何关系知:

undefined。 (1)

undefined。 (2)

若已知y1、y2, 计算可求得其正解:

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undefined。 (4)

机构运动学方程对时间t求导, 即可得到速度方程:

undefined。 (5)

undefined。 (6)

反之, 可求得其反解:

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undefined。 (8)

当xz2+yz2

undefined。 (9)

undefined。 (10)

当xz2+ (yz-a) 2

undefined。 (11)

undefined。 (12)

当xz2+yz2≥l2且xz2+ (yz-a) 2≥l2时:

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2 λ型平面并联机床的可达工作空间分析

机构可达工作空间定义为末端执行器上点P沿x轴和y轴所能达到位置的集合。

影响并联机构可达工作空间的因素有尺度参数、主动变量变化范围的限制、运动副转角的限制、奇异性和支链干涉等。本机构可达工作空间的形状由机床的导轨长a、两导轨之间的距离h、刀具位置l决定。在给定的范围内取样, 通过运动学逆解确定参数, 进行干涉性、奇异性判断, 若满足所有的约束条件, 则在工作空间内, 否则在工作空间外, 将所有工作空间边界点找出来, 这些点构成的曲线即为工作空间。搜索工作空间边界曲线的程序流程图见图2。

根据程序流程图利用MATLAB画出各种情况的可达工作空间几何形状, 见图3。

3 λ型平面并联机床的灵活工作空间分析

灵活工作空间是指操作器上某一参考点可以从任何方向到达的点的集合, 灵活工作空间是可达工作空间的一部分。它能从整体上大致描述平台的姿态能力。本机床在位置机构上没有奇异点, 但在加工过程中存在灵活性的问题, 如果处理不当, 会对刀具产生破坏。灵活工作空间影响加工轨迹的确定。利用MATLAB绘出各种情况的灵活工作空间几何形状, 见图4, 图中阴影部分为灵活工作空间。

4结论

本文通过对平面并联机床的主运动特性和工作空间的分析, 给出了λ型平面并联机床的工作空间的几何形状。并联机床工作空间的确定, 对其总体设计有重要的价值, 有助于并联机床相关零部件空间位置布局设定, 是零部件尺寸选取的理论依据, 并且能够预先确定工件尺寸的加工范围, 为这类并联机床的设计提供了有用的资料和方法。

摘要：针对一种双直线电机驱动的平面并联机床的λ型机构模型, 给出了机床主运动平面机构的运动特性, 分析研究了λ型平面四杆机构的工作空间。机构的工作空间与机构滑鞍的行程以及机构的尺寸有关, 分别给出了各种情况的工作空间几何形状。

关键词：四杆机构,工作空间,并联机床

参考文献

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[2]黄真.并联机器人机构学理论及控制[M].北京:机械工业出版社, 1997.

[3]熊有伦, 尹周平, 熊蔡华, 等.机器人操作[M].武汉:湖北科学技术出版社, 2002.

[4]叶云岳.直线电机原理与应用[M].北京:机械工业出版社, 2000.

[5]张顺心, 范顺成, 肖汾阳, 等.并联机床主运动机构工作空间分析[J].机械设计, 2003, 20 (3) :39-40.

并联杂文随笔篇5

“切断所有的联系！马上！”教授惊叫着，他失态的样子并不会引起他人的嘲笑，因为此时此刻情况已经足够危机了，没有人会在乎博士在惊叫道这句话的时候，有一半假牙已经从他的嘴里喷了出来，他赶紧塞回假牙，也没有过多的时间能够让他感受到所谓的“尴尬”，他焦急的等待着，等着工作人员的反馈，他原本想补充一句，但是手还没有碰到对讲机的按钮时，对方已经回答道：

“教授，失败了，我们已经关闭了联系，但是灾难还在进一步的扩大！”还好对讲机录完了这句话，不然教授永远都不会知道灾难已经进展到了怎样的地步——不过当这句话说完之后，对讲机就再也联系不上，这件事情恰好又说明了灾难的严重性。此时此刻的场景已经找不到任何可能被用于证明灾难程度尚未扩大到不可收拾的地步，教授仍觉得还有努力地希望，便立马命令道另一个发射台的工作人员：“你们现在还能够关闭联系吗？不用回答我，马上关闭它！”他咆哮的声音让人感到害怕，因为对讲机里面根本没有任何电波的杂音——过去人们总是先电波中的杂音让人恼怒，但是此时此刻他们多么地期待能有一丝的杂音出现。他恶狠狠地盯着正在观测屏幕前的工作人员，用眼神询问着具体的情况。那个年轻的小伙子着急地回答：“教授，高加索山脉的观测站已经……”另一个稍微年长的工作人员打断了他，只是摇摇头，这个年长的工作人员知道教授的喜好，他并不希望听到“不好的事情”，这是对他自尊心的挫伤，虽然此时此刻这套系统已经朝着无法控制的地步进展下去，但是他依旧不肯承认是自己的判断出现了错误——他一定会把责任怪罪给那本所谓的《灾难纬书》的。

屏幕上面，不单单是高加索山脉观测站遭到了严重的暴风雪袭击，环太平洋区域的几个观测站都因为地壳运动而开始了严重的地震和火山喷发，再过不久海啸就会袭击那几个还没有被贡献的观测站才对。教授的手不住地颤抖着，他并不觉得自己错了，因为还有拯救的机会——“赶快排查究竟灾难是从哪一个环节开始的，并断绝它的所有联系！”这个命令实际上十分钟前已经发布过了，只是这十分钟，灾难推进的速度远比他预计的要快太多，几个观测站在修成自然灾难的时候，都不知何中原因反而早就了连锁的极端灾难，更难以琢磨的是，原本以为只需要切断的联系，在切断之后并不能阻止灾难的继续，各地还是爆发了因为修正灾难而带来的恶果。

十五分钟前，最高气象局发布了西太平洋巨型双旋台风的警报，按照此前的操作，只需要控制台接收到信息之后，在爆发灾难前的十分钟通过观测站修正大气层的温度和气旋方向从而消退台风，但是这一次并不如所愿，台风虽然被扼杀在了生成状态之中，但是由于确实了从太平洋进驻欧亚大陆板块的热气流，北下的冷气流瞬间让欧亚大陆板块的东海岸温度骤降，随即而来的是洋流的距离改变，海洋温度的改变又导致了后续的一连串的反应——其实这些都是能够控制的，只需要其他的观测站同时进行灾害修正的功能就可以得到改变，但是显然这一次灾害的发生不是按照《灾难纬书》所认定的方式来进行，他们不再是连锁的关系，而是因为同一个灾难而发生的秉性灾难——所以在教授发布了紧急预案，让全球所有的`观测站及附属的功能站全部进行灾害修正模式，将第一个灾害的后遗症扼杀在串联起来的灾难链条之中。

显然这个决定出现了严重的错误，至少此时此刻所有等着再一次接收到教授指示的工作人员都停滞了手中的工作，因为他们也不明白这一次的灾难发生并不如《灾难纬书》的机算和预计，出现了难以预测的可能性。教授见大家都没有任何的反馈，他有些生气，便严厉地指责道：“你们难道都不会继续切断联系吗？停滞所有观测站的修正工作，想办法让灾害自然消退，同时通知所有国家的气象局，做好灾难预警准备！”教授大发雷霆的样子不是一天两天了，此前这样的时候，也往往是训斥别人的工作怠慢或是思维不灵活，不过今天他大发雷霆的样子，对多少人来说他或许是在自责或是为自己的尴尬找到化解的方法罢了。

他立马打开了《灾难纬书》系统，上面的流程图依旧显示着因为此前的台风灾害所导致的连锁反应的预估，但是按照系统的指示，他已经断掉了所有可能的联系，但是次生灾害仍然在不断的出现，连锁反应就如同是一个正在进化的恶魔一样，在意极快地速度不断的以制造其他灾难的方式迫使自己生存下去，已经超过36%的观测站都已经遭受到了严重的自然灾害影响，人员伤亡情况无法预估不说，这些灾难如果一旦进入到观测站所管辖的区域内，或许就会造成更严重的人员伤亡，那个时候自己不仅要承担犯罪的风险，自己这套通过50多年研究出来的《灾难纬书》系统或许也将被彻底的否定，自己将成为真正意义上的“罪人”。

他在那一天，多么自豪地向人宣布，他的研究机构已经破解了灾难发生的规律，能够通过阻断灾难发生要因的方式来阻断一切灾难的可能，而这种被现代人供奉为新“圣经”的系统，确实在过去的20多年完全的扼杀了所有可能的自然灾难，在最大程度上保护了地球，但是十五分钟前的那场灾难却毫无征兆的成为了将会毁灭这一切可能性和荣耀的契机。他想到这里，更加愤怒，重重地捶在了桌面上，吓得在控制台的其他工作人员又一次停止了手中的工作——说实话，从刚才那个命令到此时，他们根本不知道做任何事情，因为《灾难纬书》系统根本没有给他们任何的提示，系统认为此时此刻的次生灾害还不需要进行灾害修正，这让他们感到疑惑——甚至是恐惧。因为他们信奉的神在今天并没有如他们所愿地帮助他们阻止此时此刻正在总观测屏上面汇报的各地陆陆续续出现的灾难预警。

教授不可能责怪系统，因为这就意味着他要将自己否定，所以他只能不停的念叨，在系统里面不断地翻看灾难一步一步进化的过程，“不可能的，一定有一个至关重要的联系存在……”“不会的，我研发的东西不可能出错……”“怎么可能，我一定要掐断这个联系……”

他在以连锁的串联灾难图之中寻找着，或许他永远都不会参悟，灾难事实上还有另一种发展的可能——并联，这是人类无论如何都阻止不了的——当然他也不需要弄清楚这个概念，因为再过半个小时，全球自然灾害将会因为并联反应而趋于最终的崩溃。

★ 3个电阻并联怎么计算

★ 串联电路和并联电路教案示例之一

★ 初中物理电阻的并联教案

★ 电阻的串联和并联探究实验的几点尝试

★ 时滞并联限制细胞神经网络的稳定性

★ 绚丽多彩怎么造句

★ 理所当然造句

★ 只好造句

★ 天高云淡造句

有关串并联问题的研究篇6

关键词：串并联问题；规律；运用

中图分类号：G642 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）20-002-01

一、关于电阻串并联的问题

两个电阻R1，R2串联起来接到电路里，作为一个整体，它相当于一个电阻，由于R1与R2是串联的，他们两端的总电压U等于两个电阻上的电压U1，U2之和，即U=U1+U2，流过这两个电阻的电流I是一样的，上式两旁同除以电流I，又有根据欧姆定律得到R=R1+R2，，不难证明，如果多个电阻串联，那么R=R1+R2+…，即串联电阻的总电阻等于各部分电路电阻之和。

两个电阻R1，R2并联起来接到电路里，作为一个整体，它相当于一个电阻，由于R1与R2是并联的，流过它们的总电流I等于两个电阻上的电流I1，I2之和，即I=I1+I2，两个电阻上的电压U上相同的。把上式两旁同除以U，又有根据欧姆定律得到，即并联电路总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和。

二、关于电容串并联的问题

串联时，流入电容器组的电荷Q全部进入一个电容器的左板，其右板因感应而带--Q，于是第二个电容器左板带+Q，右板带—Q，故串联总电容或，即串联总电容的倒数等于每个电容的倒数之和。

并联时，Q等于每个电容器电荷之和：Q=Q1+Q2，故并联总电容C=C1+C2，即并联总电容等于每个电容器电容之和。

三、总结串并联问题的规律

通过对电阻的串并联问题的陈述和对电容串并联问题的陈述，我们可以知道，电阻的串联问题是串联电阻的总电阻等于各部分电路电阻之和，而电容的串联问题是串联总电容的倒数等于每个电容的倒数之和；电阻的并联问题是并联电路总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和，电容的并联问题是并联总电容等于每个电容器电容之和，我们发现，电阻的串并联和电容的串并联刚好相反，为什么呢？

电阻的阻值R是一个电阻的固有属性，它不受电阻两端的电压U和流过电阻的电流I的影响，一个电阻一旦确定，如果不考虑温度的影响，电阻的阻值R是一个常数，不会发生变化；同理，电容C是一个电容器的固有属性，它不受电容器两极板的电荷Q和两极板间电压U的影响，一个电容器一旦确定，电容C是一个常数，不会发生变化，我们可以这样想，电阻的阻值R和电容C是一个常数K，电阻两端的电压U和电容器两极板的电荷Q相当于Y，流过电阻的电流I和电容器两极板间电压U相当于X，于是有Y=KX，又有Y1=KIXI，Y2=K2X2；当电阻串联时，有I=I1=I2得X=XI=X2，；有U=U1+U2得Y=Y1+Y2，所以R=U/I=（U1+U2）/I=（U1/I1）+（U2/I2）=R1+R2，得K=Y/X=（YI+Y2）/X=（Y1/XI）+（Y2/X2）=K1+K2；当电容器并联时，有U=U1=U2，得X=X1=X2；有Q=Q1+Q2，得Y=Y1+Y2，所以C=Q/U=（Q1+Q2）/U=（Q1/U1）+（Q2/U2）=C1+C2，得K=Y/X=（YI+Y2）/X=（Y1/XI）+（Y2/X2）=K1+K2；当电阻串联时，对于部分电路欧姆定律R=U/I，是两个电阻的电流相同，也就是分母相同；两个电阻两端的电压等于各个电阻两端电压之和，也就是分子相加，只是对于这种“分母相同，分子相加”的数学问题对应的是电阻的串联和电容器的并联而已。Y1=K1X1，Y2=K2X2，同理，对于电阻的并联问题和电容器的串联问题亦有相同的结论。

四、运用规律解决串并联的问题

弹簧串并联的问题

弹簧串联时，如上图1所示，两个劲度系数分别是K1，K2的轻弹簧（不考虑两个弹簧的重力）串联起来吊起一个质量为M的重物，重物处于平衡状态，对重物进行受力分析，受到下面的一个弹簧对重物的弹力F2和重物的重力G，则由平衡条件得F2=G，同理可得上面的弹簧的弹力F1也等于重物的重力G，即F1=G，所以有F1=F2=G，有弹簧的胡克定律F=KX，得K=F/X，K1=F1/X1，K2=F2/X2因为F1=F2=G即“分子相同”，根据总结的规律得到弹簧串联时的总劲度系数K=K1K2/（K1+K2），和电阻的并联总电阻以及电容的串联总电容很相似。

弹簧并联时，如上图2所示，两个劲度系数分别是K1，K2的轻弹簧（不考虑两个弹簧的重力）并联起来吊起一个质量为M的重物，重物处于平衡状态，对重物进行受力分析，受到上面的两个弹簧对重物的弹力F1和F2以及重物的重力G，则由平衡条件得F1+F2=G，并且上面的两个弹簧的伸长量都一样，即X1=X2=X，有弹簧的胡克定律F=KX，得K=F/X，K1=F1/X1，K2=F2/X2因为X1=X2=X，即“分母相同”，根据总结的规律得到弹簧并联时的总劲度系数K=K1+K2，和电阻的串联总电阻以及电容的并联总电容很相似。

摘要：本文是针对一些串并联的一些物理量（电阻和电容）进行研究，进而总结出串并联问题的一些规律，进而运用这些规律解决一些串并联（比如弹簧的串并联）的问题。

关键词：串并联问题；规律；运用

中图分类号：G642 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）20-002-01

一、关于电阻串并联的问题

二、关于电容串并联的问题

并联时，Q等于每个电容器电荷之和：Q=Q1+Q2，故并联总电容C=C1+C2，即并联总电容等于每个电容器电容之和。

三、总结串并联问题的规律

四、运用规律解决串并联的问题

弹簧串并联的问题

关键词：串并联问题；规律；运用

中图分类号：G642 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）20-002-01

一、关于电阻串并联的问题

二、关于电容串并联的问题

并联时，Q等于每个电容器电荷之和：Q=Q1+Q2，故并联总电容C=C1+C2，即并联总电容等于每个电容器电容之和。

三、总结串并联问题的规律

四、运用规律解决串并联的问题

弹簧串并联的问题

并联工作台篇7

通风机并联工作通常是获得较大流量的常用方法。两台风机的进风口直接或通过一段巷道连结在一起工作叫通风机并联[2]。风机并联有集中并联(图1a)和对角并联(图1b)之分。风机并联的特点是通风机在矿井通风系统中有公共风阻但又有各自的通风网络。通风机并联风压特性曲线遵循“风量相加,风压相同”的原则[3]。

从理论上讲,两台通风机集中并联的进风口(或出风口)可视为连接在同一点,所以两风机装置的静压相等,等于管网阻力;两风机的风量流过同一条巷道,故通过巷道的风量等于两台通风机风量之和[4]。即:

式中:h—管网的总阻力;Hs1,Hs1—1,2两台通风机的工作静压;Q—管网的总风量;Q1,Q2—1,2两台通风机的风量。

2通风机集中并联工作风压特性曲线及其工况点

1)两台相同的离心式通风机集中并联。两台工作能力相同的离心式通风机并联后,根据“风量相加,风压相同”原则,并联后风压特性曲线如图2所示。

图中曲线1是单个离心式通风机的工作曲线,曲线2是两个相同的集中并联后的工作曲线。当通风阻力曲线为R时,跟曲线2交与M点,则M点即为并联后的运行工况点,对应风压为H0风量为Q0。阻力曲线R与曲线1的交点为M1,则M1是单个通风机的运行工况点,,对应风压为H1风量为Q1。当单个风机中运行风压为H0时,根据曲线1得,此时运行工况点为M2,对应管网阻力曲线为R1。

从图中可以看出,Q0>Q1达到了明显的增加流量的效果,而通风阻力越小增加流量的效果越明显。由于两台风机距离较近,相互之间会有一定的干扰,假设其中一台通风机已占据管网中的一定量的风量,则另一台风机相对于管网的过流面积已经缩小,其风量就必然减小,所以并联后的风量小于单台通风机在通风阻力曲线为R的管网中运行的风量的2倍且大于单台通风机的风量,即2Q1>Q0>Q1。同理,根据风压特性曲线得并联后的风压小于单台通风机在通风阻力曲线为R的管网中运行的风压的2倍且大于单台通风机的风压,2H1>H0>H1。由于单台通风机的平均风量由Q1减少到Q2,其风压由H1升高到H2,所以单台风机的实际工况点为M2,相当于单台风机在通风阻力较大的曲线为R1的管网中运行。

2)两台不同的离心式通风机集中并联。两台性能曲线不同的离心式通风机集中并联时,其并联后的性能曲线如图3所示,图中,曲线1为工作能力较大的离心式通风机的工作曲线,曲线2工作能力较小的离心式通风机的工作曲线为,曲线3为二者并联后的工作曲线。

当管网的阻力曲线为R2时,并联后对应的风压为H,风量为Q,而且和大风机的风压风量相等,小风机的风压为H,风量为零,因此只有大风机做有用功,小风机作无效运行,这时小风机内部会发热。此时曲线3和通风阻力R2曲线的交点即工况点M称为临界工况点。

当通风阻力曲线为R3时,从图中我们可以看出,运行工况点为M0,两台风机单独在管网中运行时,运行工况点为M1和M2,并联后实际的运行工况点为。由于并联工作后的两台通风机的工作风压相等,所以,风量大于任何一个风机单独在该管网中运行时的风量,但是小于两个风量的和,。当两台通风机的风压为H0时,根据两台通风机的工作曲线,对应的风量分别为,也就是并联后的总风量,即。

当通风阻力曲线为R1时,如图所示,其交点在虚线上。由于并联后的风压大于小风机的最大风压,大风机的产生较大的风压会迫使小风机内风流从出口流向入口,可能迫使小风机反转甚至烧坏电机。因此这种情况下不但没有起到并联增加风量的作用反而会减小风量,不但不经济,甚至还会带来一些不安全因素,因此在实际应用中这种情况应当予以避免。

综上所述,当通风阻力曲线在临界工况点M以下时起到并联增加风量的效果;当通风阻力曲线经过临界工况点M时,没有达到增加风量的效果;当通风阻力曲线在临界工况点M以上时,不但没有效果而且还会起到反作用。为了保证并联后安全有效运行,并联后的最大工作风压应不大于小风机的最大风压。

3)两台相同的轴流式通风机集中并联。两台轴流式通风机集中并联也同样遵循“风量相加,风压相等”的原则,但是,前面介绍过轴流式通风机的风压特性曲线,是一个马鞍面,也分析了轴流式通风机在不同风量时的内部流动状态。因此当两台轴流式通风机集中并联时,它们的流动状态更为复杂。并联后的工作曲线大致如图4:

图中曲线1为单个轴流式通风机的工作曲线,曲线2为两台相同的该类型通风机并联后的工作曲线,曲线3为一条非正常合成的虚线。其中曲线3为轴流式通风机非正常工作(风量不稳定)时的合成曲线,由于比较复杂所以用一条非正常合成的虚线表示。在图中取风压为Qa、Qb、Qc、Qd、Qe、Qf、Qg、Qk、Qy,然而它们之间的对应关系分别为:Qd=2Qa;Qe=Qa+Qb;Qf=2Qb;Qg=Qa+Qc;Qk=Qb+Qc;Qy=2Qc所以当轴流式通风机运行在最大风压驼峰点以前时会出现不稳定状况,风量会忽大忽小。

当风压取最大风压值时,合成后为曲线2中的M,点,对应的通风阻力曲线为R,且曲线R与合成后的曲线有且是重合的一个交点M。M1点为单台轴流式通风机在通风阻力曲线为R的管网中运行工况点;M2为并联后通风阻力曲线为R时的实际工况点。当通风阻力曲线在曲线R的左边时,可能与合成后的曲线有两个交点,也可能有三个交点,流量不稳定而且增加流量的效果也不明显,所以在曲线R的左侧为不稳定工作区域;当通风阻力曲线在曲线R的右边时,通风阻力曲线R与合成后的曲线有且仅有一个交点,所以曲线R的右侧为稳定运行的区域。在此区域内流量稳定而且增压效果明显,因此在实际运行中应保持在此区域内。

两台工作能力不同的轴流式通风机的运行曲线较为复杂,而且不稳定区域较大,可以运行调节的区域很小,在此就不讨论和研究。

为了保证并联的安全性和经济性,集中并联适合应用于矿井通风阻力不大,风量需求较大的通风系统。在集中并联中,两台工作能力相同的通风机并联效果最明显,工作能力不同的离心式应保证在安全区域内运行。轴流式通风机并联时工作曲线较为复杂,但应保证在其稳定区域内工作。

3通风机对角并联工作风压特性曲线及其工况点

在图5b所示的对角并联通风系统中,两台不同型号风机F1和F2的特性曲线分别为Ⅰ、Ⅱ,各自单独工作时的管网风阻曲线分别为OA和OB,公共风路OC。为了方便分析对角并联系统的风机联合工作时的工况点,运用等效风机的方法先将两台风机移至O点。在同一风量的条件下风机F1的风压减去风路OA的阻力,绘制出风机F1克服风路OA段阻力后的剩余特性曲线I',同理做若干条等风量线,找出其他剩余特性曲线上的风压点,然后用平滑的曲线将各剩余风压点连起来即得剩余特性曲线I'。同理绘制出风机F2在等风量条件下克服风路OB的阻力的剩余特性曲线Ⅱ'。这样就简化成了等效风机和集中并联于O点,为公共风路OC服务。最后按照风机集中并联的方法求出等效风机和集中并联的特性曲线Ⅲ,它与风路OC的风阻Ro曲线交点Mo,由此可得风路OC的风量Q0[5]。

过点M0做Q轴平行线与特性曲线和Ⅰ分别相交于和点。再过点和点做Q轴垂线与曲线Ⅰ和Ⅱ相交于M1和M2,此即为两台风机的实际工况点,其风量分别为Q1和Q2,显然Q0=Q1+Q2。

4结语

文中运用图解法与数学分析法相结合,分别分析风机集中并联与对角并联各风机工况与联合工况的关系,并对风机并联工作作效益分析。

参考文献

[1]N.Szlazak,LiuJian.Numerical Determination of Diagonal Branches in Mining Ventilation Networks[J].Archives of Mining Sciences,1998,43(4):15-17.

[2]王云贵.矿用扇风机联合工作的特性分析[J].玉溪师范学院学报,1994,2:11-13.

[3]叶汝陵.多风机矿井风机工作点的确定[J].1975(2):18-56.

[4]刘雪亮.合并矿井通风系统优化及应用研究[D].山东科技大学,2011.

并联工作台篇8

机器人的工作空间是机器人能到达的点的集合, 是机器人末端执行器的工作区域。每个机器人的工作空间形状都与机器人的特性指标密切相关。工作空间对机器人柔性制造单元的排列以及生产线的有效性评估占有重要意义[1,2,3]。

本文根据6-PTS并联机器人机构的特点和应用需要, 全面考察了结构约束条件对工作空间的影响, 应用MAT-LAB软件编制程序, 绘制了在给定结构参数时工作空间的截面图和三维定姿态可达工作空间, 为此类机器人的设计和其全域性能分析奠定基础。

1 运动学分析

1.1 6-PTS并联机器人结构分析

6-PTS并联机器人由Stewart平台演绎而来, 具有驱动器可以直接安装于基座上的突出优点[4]。如图1所示, 机构的每个分支都是由一个1自由度的直线移动副、一个2自由度的虎克铰和一个3自由度的球面副组成, 其中直线移动副为驱动副, 6个分支分为3对。3对分支分布在边长为a的基础立方体 (运动平台) 的三个互相垂直的平面上, 各分支以球面副Ai (i=1, 2, …, 6) 与动平台相连, A1A2, A3A4, A5A6两两互相垂直, 且长度均为d。定长支柱AiBi (i=1, 2, …, 6) 长度均为n。C1到C6的分布特点与A1到A6的分布特点相似。该机构用丝杠螺母作为直线驱动副, 结构简单, 并且具有良好的工艺性, 是较为理想的并联机床构型。

1.2 位置逆解分析

并联机器人的位置解 (机构输入与输出件之间的位置关系) 包括两种:位置正解和位置反解。运动学正解是已知主动件的位置求解动平台的位置;运动学反解是已知动平台的位置而求解主动件的位置。由于结构的原因, 并联机构的位置反解相当容易, 而位置正解十分复杂。

如图1所示, 当3对分支的直线移动副的轴线分别与基础立方体的3个互相垂直的表面垂直, 且各分支定长支柱AiBi的轴线与直线移动副的轴线共线时, 该并联机构处于正交位姿。∑和∑1分别是固连于基座和动平台的坐标系。∑1原点O1位于运动平台几何体中心, ∑的原点O与x, y, z轴分别和O1及x1, y1, z1轴重合。将机器人处于正交位姿时的位姿定义为初始状态, 此时机器人各分支的输入位移均为0。

定义Ai点在坐标系∑1中的空间位置向量为A1i, O1在固定坐标系∑中的空间位置向量p= (xyz) T, Ai点在∑中的空间向量为Ai (i=1, 2, …, 6) , Bi点在∑中的空间位置向量为Bi (i=1, 2, …, 6) , Ci点在∑中的空间位置向量为Ci (i=1, 2, …, 6) 。以ΔL表示直线移动副的输入位移, 即ΔL=[ΔL1ΔL2ΔL3ΔL4ΔL5ΔL6]T。且Li0=L0=400mm, ΔLimax=-ΔLimin=200mm, a=400mm, d=320mm, n=500mm, 定长支柱径向最大尺寸R=60mm[4]。

由以上结构特点可得机构有如下几何关系:

从图中可知动平台的位置和姿态相对于正交位置 (初始状态) 有一个旋转变换关系, 即3×3旋转变换矩阵T。其各元素的大小依赖于欧拉角, 即α为回转角;β为俯仰角;γ为偏转角。

Ai和A1i (i=1, 2, …, 6) 之间有如下关系:

由几何关系可得位置解方程:

2 影响工作空间的主要因素

影响工作空间的主要因素有以下3种[5]:

a) 杆长约束。各分支的长度变化范围有限, 当每一分支长度达到其极限时, 运动平台上的参考点到达工作空间的边界。设ΔLimax和ΔLimin为第i (i=1, 2, …, 6) 分支直线移动副的输入位移的最大值和最小值, 则杆长约束为:

b) 运动副转角约束。该并联机器人的运动平台与各分支相连的关节是球面副, 定长支柱与直线移动副相连的关节是虎克铰, 球面副和虎克铰转角范围是有限制的。设球面副Ai和虎克铰Bi的转角分别为δi和σi (i=1, 2, …, 6) , 则球面副和虎克铰的转角约束条件可以表示为:

考虑到球铰及虎克铰制造的可能性, 本文设球面副和虎克铰的最大转角均为30°。

c) 分支的干涉约束。设各对分支的定长支柱AiBi的轴线距离为Di (i=1, 2, …, 6) 。球面副和虎克铰的摆角一般不会超过45°, 所以三对分支两两之间互不干涉。则各分支间的干涉约束为:

式中R为定长支柱的径向最大尺寸。

3 定姿态工作空间分析

为了简化问题, 本文中不考虑分支杆件直径R对工作空间的影响。由于受其结构的限制, 平台一般不能绕某一点做整周旋转, 所以此机器人没有灵活度工作空间[6]。本文研究其定姿态工作空间, 即在给定欧拉角的情况下, 满足式 (1) ~式 (9) 的运动平台参考点O1的集合。此机构的工作空间受姿态的限制, 姿态不同其工作空间也不同。为了方便比较, 分别取α=β=γ=0和α=5°, β=- 5°, γ= 0。

a) 将末端点O1点可能达到的所有点的集合确定为搜索空间, 将工作空间用平行于xoy面的平面从zmin到zmax分割成多个厚度为Δz的微工作空间。沿z轴作步长为Δz的搜索。

b) 对每一个子空间, 按给定的姿态和参数计算杆长、球面副及虎克铰转角, 并验证是否满足相应的约束条件。在剖切面采用极坐标搜索法确定子工作空间, O1点在定坐标系中的坐标为 (ρcosφ, ρsinφ, z) 。极角φ从0到2π以Δφ=2π/100为步长搜索, 每次极角搜索过程中, 从极径ρ=0开始搜索, 且搜索步长为Δρ=1mm。搜索过程中, 如果机构满足上面约束条件至少有一个取等号, 则此时点O1位于工作空间的边界上。

借助MATLAB软件编制程序, 在x∈[-300, 300], y∈[-300, 300], z∈[-300, 300]范围内, 应用搜索法得出给定姿态下三维可达工作空间及工作空间不同高度的截面图, 如图2、图3和图4所示。

4 结论

通过对6-PTS并联机器人工作空间的分析, 得到如下结论:

1) 提出一种由Stewart平台演绎而来的新型正交6-PTS并联机器人的运动学逆解方法, 建立了运动学逆解的数学模型。

2) 其工作空间随着姿态角的增大而减小, 各结构参数均影响工作空间的形状和大小。

3) 该机器人在定姿态α=β=γ=0时, 工作空间关于x=y面、y=z面、z=x面对称。

本文对6-PTS并联机器人工作空间的研究为此类机器人的应用、设计以及其全域性能研究提供了可靠的基础。

摘要：工作空间是评价并联机器人工作性能的重要指标。以一种由Stewart平台演绎而来的正交6-PTS并联机器人为研究对象, 介绍了其机构特点。基于运动学逆解, 分析了各分支间的干涉约束、运动副的转角约束和杆长约束, 运用搜索法得到其不同高度截面的工作空间图以及三维定姿态工作空间图。工作空间的研究为此类并联机器人的应用与设计提供了直接依据。

关键词：6-PTS并联机器人,正交位姿,工作空间

参考文献

[1]黄真, 孔令富, 方跃法.并联机器人机构学理论及控制[M].北京:机械工业出版社, 1997.164-174.

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[5]李王英, 徐尤南, 刘志强.3-PRS并联机器人工作空间分析[EB/OL].2008.http://www.paperedu.cn/paper_ca175i/.

并联工作台篇9

名优茶经济价值极高, 但采茶面临着巨大的难题。由于采茶期限较短, 采摘任务十分繁重, 传统的人工采摘无法满足当今的茶叶采摘要求。因此, 名优茶采摘的机采得到了一定的发展。但是, 机采并不像人工那样灵活, 采摘效果有待提高。随着这个问题越来越突出, 名优茶并联采摘机器人的设计就成为不少人关心的话题。

2 概述

我国果蔬采摘的传统方式为人工采摘。随着经济和科技的发展, 带动了农业机械化的发展。目前我国在采摘机器人研究方面已经取得了一些成绩。如, 中国科学院自动化研究院设计的草莓采摘机, 能够自主识别、精确定位, 可以基本达到草莓采摘的要求, 损伤率相对较小。相关试验研究表明, 在实验室环境下, 其采摘成功率最高可达90%。采茶机是一种能够显著提高茶叶采摘效率的机械设备, 当前我国茶叶采摘中主要使用的是往复切割式采茶机。这种采茶机明显的不足, 是无法识别新梢和老叶, 成功采摘的茶叶往往完整性比较差。在并联机器人方面, 我国很多专家、学者都对其进行了长时间的研究, 几乎所有研究都是在实验室环境下进行的, 研究成果始终停留在理论层面, 在实践方面还有着明显的不足。并联机器人尚未真正与采茶技术结合, 因此, 如何将理论付诸实施, 是我国目前亟待解决的问题。

3 名优茶并联采摘机器人结构设计分析

3.1 方案分析

本文在合理利用并联机构优势, 将其与采茶技术充分结合, 尝试着提出了名优茶并联采摘机器人的结构设计。名优茶并联采摘机器人应用的基本要求是可以迅速、准确的定位茶叶, 并进行有选择的采摘。基于上述要求, 机器人必须具备一定的工作自由度。该机器人的工作原理为:在摄相机1 与投影仪4 共同构成新梢识别定位系统的基础上, 由摄相机1将茶叶冠层图像拍下来, 之后通过颜色特征区分老叶与新梢, 并确定新梢的平面坐标;投影仪4 与摄相机1 分别进行图像的投射、摄取, 并经由处理调制过的图像, 获取新梢高度坐标;将高度坐标与平面坐标结合起来, 就可以获取新梢的空间坐标, 将其传至控制系统, 就能够利用电机实现并联机构的运动控制;最后, 准确定位执行器, 就能够实现高效的茶叶采摘。结构方案见图1。

3.2 机器人总体结构

名优茶并联采摘机器人由五部分构成:1、静平台。2、动平台。3、驱动臂。4、执行臂。5、执行器。静平台位于行走机构上, 能够起到减少转动惯量的作用。动平台的主要功能在于安装执行器, 因此, 可以说, 动平台是实现名优茶自动化采摘的重要影响因素。驱动臂与执行臂的功能主要在于传递运动, 使执行器能够实现运动。执行器被四个球铰联接起来, 具有平行四边形的运行特点。机器人总体结构见图2。

3.3 并联结构设计

并联机构的优点有很多, 包括刚度大、承载力强等, 且不会产生累计误差。并联机构设计时, 可将驱动装置设置在静平台上, 同时, 为了减小惯量、降低机构质量, 可以将执行臂设计为轻质杆件。这样做还有利于保证执行器运动的速度、为物料的抓取以及搬运提供便利。因此, 从理论上来讲, 这样设计的并联机器人是能够满足采茶的基本要求的。

在设计的过程中, 应确保满足这些条件:一、并联机构必须能够满足x、y、z三自由度移动要求, 保障准确定位以及有选择采摘的实现。二、动平台、静平台都应确保刚度能够承载执行器而不会变形。三、机构在采摘过程中的运动空间必须足够。

并联结构由动平台利用四条单链连接到静平台上;单链包含执行臂与驱动臂, 且执行臂为平行四边形机构;利用转动副将驱动臂安装在驱动器上, 驱动器位于静平台上;执行臂包含2 个杆件、4 个球铰, 且一端与驱动器连接, 另一端与动平台连接。

3.4 平台结构设计

静平台的功能是承载驱动装置, 因此, 静平台的尺寸与驱动装置密切相关。驱动装置中包含四部分:一、电机。二、驱动器。三、编码器。四、减速器。计算静平台尺寸时, 应先选定驱动电机以及其他装置。结构中可以使用直流伺服电机, 其具有原理简单、价格低廉等显著优势, 应用范围相当广泛。面板的主要功能是承载控制系统, 设计过程中必须重视保障面板的尺寸足够容纳电机座与控制系统。为了防止电机座出现变形, 最好使用折弯件。

3.5 末端执行器设计

茶叶采摘是末端执行器的基本功能。在实际的茶叶采摘中, 执行器的运行需要并联机的驱动。基于此, 本文设计的执行器必须确保满足这些条件:一、电机1 带动丝杠4 运动, 并利用丝杠带动夹子3、夹子5 的运动, 实现采摘操作。二、必须设计导杆, 防止出现丝杠旋转问题, 实现有选择的茶叶采摘。

丝杠能够在机构间传递能量以及运动形式, 转换旋转运动和直线运动。本文利用丝杠传递运动, 设计时必须满足的要求有:首先, 其要能够适应高效采摘的基本要求, 因此, 丝杠应为双边反向螺纹, 确保能够由电机带动夹子运动;其次, 要想保证采摘茶叶的完整性, 丝杠行程必须要足够, 结合名优茶新梢长度与宽度, 本文将丝杠单边行程设计为40mm;最后, 要想保证夹持装置的运行顺利, 避免出现刀片重叠过大的问题, 应在丝杠间设计尺寸为35mm凸台限位。另外, 在凸台限位安装的过程中, 为了避免以后使用中出现零件磨损问题, 应注意使用弹性垫片;在该项设计中, 电机是丝杠运动与夹子张合的驱动, 因此, 必须为电机和滚动轴承留出安装位置、运动空间。结合上述分析, 本文最终将丝杠长度设计为164mm。

4 名优茶并联采摘机器人工作空间设计

工作空间设计是名优茶并联采摘机器人设计的重要环节, 设计的是否合理, 关系到机器人的性能以及使用效果, 因此, 必须慎重对待。在设计环节中, 工作空间设计必须经过科学的分析。在某种程度上来讲, 机器人尺寸取决于其工作空间, 所谓机器人的工作空间, 一般指的是执行器可到达的点的集合, 但是, 空间求解相当复杂, 由于篇幅有限, 本文在此不作详述。当前, 确定机器人工作空间的方法主要有数值法与解析法两种。机构比较简单的可用解析式, 复杂的只能用数值法。本文将两种方法综合使用, 对名优茶并联采摘机器人的工作空间设计进行了简要阐述。

一般来讲, 影响机器人工作空间的因素主要包括:一、驱动副转角。二、机构。三、奇异位置。上述三项因素均会对其工作空间形成约束。驱动副转角需满足的条件为q1min<qi1<q1max, 机构则要保证q2min<qi2<q2max、q3min<qi3<q3max (其中, i=1、2、3、4) 。依照机构运动特性, Delta并联机构工作空间为单链可达区域。因此, 并联机器人工作空间内的点应满足的条件为△i≥0, 且qmin≤qi≤qmax (其中, i=1、2、3、4) 。

5 结语

为了确保茶叶的经济价值, 在名优茶采摘过程中, 必须尽量保障茶叶匀整。名优茶采摘具有时间紧、任务重的特点, 传统的手工采摘模式很显然与新时期的采摘要求不相适应。采茶机能够在一定程度上起到提高采摘效率的作用, 但是采摘效果无法保障, 与实际要求相去甚远。因此, 合理利用并联机构的优势, 设计名优茶并联采摘机器人对于推动我国茶产业的发展具有十分积极的意义。

参考文献

[1]范宇超.基于PMAC的3自由度并联机器人的控制研究[J].黑龙江大学工程学报.2015, 06 (02) :91-96.

[2]李博, 罗振军.基于Modelica的并联机器人整机建模与仿真[J].机械设计与研究.2015, 31 (03) :01-03.

并联工作台篇10

并联机构与同尺寸的串联机构相比, 一个明显的缺点就是并联机构工作空间小。工作空间的大小是衡量该机构工作性能的一个重要的指标[1]。

德国斯图加特大学的S.Johannesson在2003年提出了名为Gantry-Tau的3自由度大工作空间并联机构, 该系列机构工作空间的长度尺寸可以达到导轨长度的2.7倍[2]。

3平移并联机构具有工作空间大、运动学正解简单、定位精度高等优点[3]。因此对3平动并联机构如何扩大工作空间进行研究, 实现并联机构大工作空间后, 将明显地减小并联机器人的总体尺寸和质量, 从而提高机器的加工效率。

1 机构结构描述

本机构由运动平台、固定平台和连接上下平台的3组伸缩驱动杆组成, 其中每组驱动杆由一对互相平行的伸缩杆组成, 驱动杆两端采用球铰链与上下平台铰接, 其中有2组杆与上平台铰接时采用了复合铰链设计。为了扩大工作空间, 在中间杆与固定平台铰接处安装一滑块, 这样中间杆就可以在固定平台上滑动, 机构模型如图1所示。对应机构简图中的B1b1//B2b2, B3b3//B4b4, B4b4//B5b5。Bi和bi为第i根伸缩杆与定平台和动平台相连的球铰中心点, 其中中间2根杆的铰接处B3、B4安装在一滑座上, 该滑座可以根据机床工作过程中的需要, 驱动系统控制其在床体上滑行。

2 位置分析

取每个平行四边形在定平台上的短边中点为Ci (i=1, 2, 3) , C1C2C3组成一个等边直角三角形, 其外接圆的圆心为O、半径为R。动平台对应的为等腰三角形c1c2c3。

在机构的动、定平台上建立坐标系:P-xyz建立在动平台上:o-xyz建立在定平台上, 如图2所示。

矢量R为空间旋转矩阵, 其中R= (xpypzp) T。运用坐标变换求得运动学反解方程:

3 并联机床工作空间的定义及其约束条件

该3自由度平移并联机构的工作空间是指动平台中心在工作状态下的可达区域, 是一个封闭的三维空间。工作空间的体积可以被作为工作空间评价和优化的一个标准, 工作空间是并联机构的重要特性, 采取Masory等[4]的方法来分析影响工作空间的主要因素:

1) 杆长的限制。杆长度的变化范围是受其本身结构限制的, 每一根杆长的长度必须满足Lmin"li"Lmax其中Lmin和Lmax分别表示第i杆杆长的最小值和最大值。当某一杆长达到其极限值时, 运动平台上给定的参考点也就达到了工作空间的边界。

2) 运动副转角的限制。各种运动副, 如转动副和圆柱副, 他们的转角都是受到其结构限制的。每一运动副的转角θi"θi max。其中θimax是第i个运动副的最大转角, 其大小与运动副本身的具体结构有关。

3) 杆件的尺寸干涉。由于连接上下平台的连杆具有一定的几何尺寸, 因此各杆件之间在运动过程中就有可能发生相互干涉。假设各杆都是圆柱形的, 其直径为D, 若Di为两相邻杆中心线之间的最短距离, 那么, 两杆不发生干涉的条件为Di>D。

3.1 该3自由度平移机构工作空间图示

设伸缩杆最小杆长为Lmin, 伸缩杆最大伸长量为Lmax, 定平台半径为R, 球铰之间的间距为D, 球铰的许用半锥角为θmax, 在Lmin=900, Lmax=1900, R=1000, θmax=90°, D=350时, 通过MATLAB编程, 动平台给定任意一个空间位置点, 通过约束条件的反向运动学方程即可判断该点是否在工作空间内[5]。采用边界搜索法得到工作空间图如图3所示。

3.2 冗余自由度下该机构工作空间图示

在驱动杆与机床基座铰链点处安装一滑块, 通过适当的控制装置使其在基座上来回滑行, 不但能够扩大机构的工作空间, 而且能够避开机构奇异位形, 优化结构刚度。通过MATLAB编程, 采用边界搜索法得到工作空间图如图4所示。比较图3和图4明显的能够得出在冗余自由度的条件下所得的工作空间体积更大。

3.3 安装铰链点处偏置情况下该机构工作空间图示

当铰链点的安装位置在一个平面且动平台中心运动到中间位置时, 机构会出现奇异位形, 即该机构的雅克比矩阵的行列式为零。当机构处在奇异位形附近区域时, 机构的运动学和动力学性能与其在一般位形相比, 都将会发生很大的变化[6]。为了避免奇异位形, 采取上下铰链点的安装位置偏离中心位置一段距离。通过MATLAB编程, 采用边界搜索法得到工作空间图如图5所示。可以从图中看出该工作空间不是关于yz平面对称, 这是由于铰链点安装位置偏置所致。

4 机构构型的变异

4.1 构型优化

本文的构型优化以上下平台的形状和铰链点的安放位置为优化对象[7]。定义上下平台上平行杆短边距离中点连线, 构成的形状称为名义上下平台形状, 定义平行杆短边中点为名义铰链点, 优化的新构型如下:

1) 下平台为等腰直角三角形, 2个平行杆短边沿等腰直角三角形边长方向布置, 另外一个短边的中垂线经过等腰直角三角形外心, 简化后的上下平台几何关系如图6 (a) 所示;

2) 下平台为正三角形, 2个平行杆短边沿正三角形两边长方向布置, 另外一个短边的中垂线经过正三角形外心, 简化后的上下平台几何关系如图6 (b) 所示。

4.2 工作空间

在Lmin=900, Lmax=1900, R=1000, θmax=90°, D=350时, 通过MATLAB编程绘出图对应的工作空间图分别如图7和图8所示。

5 结论

本文先从理论上分析了影响机构工作空间形状的因素, 然后通过MATLAB编程计算出在冗余自由度驱动下的工作空间以及安装铰链点偏置条件下和构型变异后的工作空间, 进一步得到不同情况下工作空间体积的不同, 为该并联机构的刚度优化和实际应用提供了理论基础。

参考文献

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并联工作台篇11

串联电路、并联电路是最基本的电路，此外还有简单电路、串并联混合电路。简单电路一般指只有一个用电器的电路，串并联混合电路是在串联、并联电路的基础上深化的。要解决如何识别电路的问题，主要是解决如何识别串联电路、并联电路这两种基本电路的问题。

怎样才能使学生准确、快捷地识别串联、并联呢？

一、定义识别策略

串联电路和并联电路中都有两个或两个以上用电器，用电器首尾顺次相连是串联电路，用电器并列相连是并联电路。用定义去识别，就要对定义的认知达到一定高度。物理是以观察各实验为基础的学科，物理源于生活又回归生活，在解决识别串联、并联这一问题时，以实验为主题，探究为主线，学生为主体，让学生动手连接电路，通过观察，总结串联、并联的特点，并训练“根据电路图实物连线，根据实物电路画电路图”，同时进一步拓展学生视野，开展课外实践活动，鼓励学生收集身边用电中的实物电路连接方式，从而提高对定义认知。认知了定义，自然就能用定义识别电路了。

二、电流大小识别策略

串联电路中电流处处相等，并联电路中干路电流等于各支路电流之和。利用逆向思维，在特定情况下，知道电流的大小关系关就能判断是哪种电路。例如：一个电路中有两个用电器，如果电流处处相等，那么它是串联电路；如果两个用电器上电流不相等或第三个电流等于这两个电流之和则是并联电路。如果单纯知道两个用电器上电流相等，则它们可能是串联也可能是并联。

三、电压规律识别策略

串联电路中总电压等于各部份（即各用电器）电压之和，并联电路总电压与各支路电压相等。一个电路中，如果电源电压等于各用电器电压之和则为串联，若电源电压和各用电器电压相等则为并联电路。

四、灯泡亮暗程度识别策略

灯泡的亮暗程度由功率大小来决定，功率越大灯越亮。两个阻值不同的灯泡A与B，若 RA>RB，在串联电路中 PA>PB，由A灯亮知是串联电路，在并联电路中PA＜PB，由B灯亮便知是并联电路。

五、电流路径识别策略

电流是无形的，为了研究它，把电流比喻为水流，河中的水遇到叉河分成两支，这两支水流有各自的路径，这种现象比喻为并联；如果水流不分支，形象比喻为串联。电流不分支，即流经一个用电器的电流必流经另一用电器，则电路为串联；电流要分支，流向一个用电器的电流不流向另一用电器（各用电器电流大小可能一样，但决不是同一电流），则电路为并联。这种识别法能准确、快捷识别电路，但必须弄清通路、断路、短路对电流的作用。通路是电流可以流经的路径；断路时电流无法流经该路径；短路时被短路的部份无电流，电流全部流过无用电器且被接通的路径。同时还要明确电压表在电路中电阻非常大，对电流阻碍作用很大，有电压表的路径相当于断路，视为无电流路径；电流表电阻非常小，视为对电流无阻碍，相当于导线。电流什么时候才会分支呢？电流I由电源正极流到负极的过程中，遇到交叉相连点时，可有一个或多个路径，如果每条路径上都有用电器，并且是通路，电流I便分为多支电流分别通过各自的用电器；如果某一路径对电流无阻碍，电流全部通过该路径，其它路径被短路。若某路径被断路，该路径无电流。

如图1，S闭合，三条路径对电流都有阻碍，I就分为I1、I2、I3，三个电阻组成并联电路。

图1中若把R1换成电流表，则电流I=I1，I2=I3=0，整个电路短路。

图1中把R1换成电压表，则I1=0，R2与R3并联。

这种识别方法可以把复杂问题简单化。

例如（图2）：

当开关S1、S2闭合时是什么电路？学生很容易错误判断为串联电路，但电路中，a，b，c，d四点都是交叉相连点，怎样才能把他直观化呢？用电流的流经路径去识别就较为直观，（如图3）电流I在a点分成两支，I1过R1，I2到达C点又分成两支即I3与I4，I4过R3，I3过R2与I1在b点汇合成I5，I5与I4在d点汇合成I6，I6=I，电流有分支的现象，且R1、R2、R3有各自的电流，如图3。

因此，当S1、S2闭合时可将电路图简化为图4

当开关S1、S2断开时，由电流流到a点时，因为S1断开，所以电流只能全部通过R1；因S2断开，到b点是也不能分支，I只能过R2，再经R3，R1，R2均是同一电流，且则为串联。

若S1断开，S2闭合，电流到a时只能过R1，到b时通过S2到d不受阻碍，电流全部经S2流过。R2、R3被短路，整个电路上用电器此时只有R1工作。

并联工作台篇12

关键词：并联机构,冗余驱动,奇异性分析,工作空间分析

0 引言

并联机构自从由Gough和Stewart提出以来, 就以具有高刚度、高精度和高承载能力等优点而成为人们研究的热点, 并被广泛应用于飞行模拟器、工业机器人、微动机器人、并联机床等领域[1-4]。其中并联机构的奇异性和工作空间在机构设计和运动规划中占有非常重要的地位。当机构处于某些特殊位形时, 其雅可比矩阵成为奇异阵, 机构正常的自由度发生瞬时改变, 这种现象称为奇异性, 此时机构的位形为奇异位形。奇异位形是机构的固有性质, 它对机构的工作性能有着种种影响, 特别是对于并联机构, 更有重要意义。当机构处于奇异位形时, 机构的实际自由度数不再与其理论自由度数相等, 即存在两种情况:一是机构丧失应有的自由度导致刚化;二是机构获得额外的自由度而失去控制。并联机构的工作空间是指并联机构末端执行器的工作区域, 它是衡量并联机构性能的一个重要指标。目前关于并联机构奇异位形研究的主要方法有基于机构的输入输出速度[5]、螺旋理论[6]和线丛线汇原理[7]建立机构奇异位形判断条件的方法。对并联机构工作空间的求解主要有几何法[8]和代数法[9], 但这两种方法具有复杂性和不确定性的特点。

本文在文献[10-11]的基础上, 对4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构展开奇异性和工作空间分析。首先, 运用Gosselin奇异性分析法和数值分析法, 对4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的奇异性进行分析。其次, 基于4-S PS/S三自由度冗余驱动并联机构的位置正解模型设计了4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构回转工作空间的求解算法。

1 机构结构与坐标系的建立

1.1 机构结构

4-SPS/S并联机构由台基、动平台、4条SPS主动支链和1条被动约束支链组成, 其结构如图1所示。其中, 被动约束支链上端通过球铰与动平台连接, 下端与台基固连在一起。4条SPS主动支链均通过球铰与动平台和台基相连。上支点B1、B2、B3、B4呈长方形分布, 上支点B5位于该长方形的中心位置。下支点A1、A2、A3、A4也呈长方形分布, 定长杆与台基的焊接点A5位于该长方形的中心位置。下支点所组成的长方形边长比上支点所组成的长方形边长短。

1.2 坐标系的建立

以上支点B5为坐标系原点, X轴平行于B1B2, Y轴平行于B2B3, Z轴与X轴、Y轴满足右手定则关系, 建立动坐标系OXYZ。其中, 由上支点B1指向B2为X轴的正方向, 由上支点B2指向B3为Y轴的正方向, 动平台的初始位置平行于台基。静态参考坐标系O′X′Y′Z′ 的X′ 轴、Y′ 轴和Z′轴分别与动坐标系X轴、Y轴和Z轴的初始位置完全重合, 动坐标系随动平台一起运动。

分别建立跟随主动支链AiBi (i=1, 2, 3, 4) 一起运动的支链坐标系OAiXAiYAiZAi以及与主动支链的上下球铰副基座固连的坐标系OAi′ξAiηAiζAi和OBi′ξBiηBiζBi。其中, 支链坐标系以Ai为坐标原点OAi, AiBi为ZAi轴, YAi轴平行于矢量A5Ai与AiBi的叉积, XAi轴与ZAi、YAi轴满足右手定则关系;坐标系OAi′ξAiηAiζAi的原点OA′i建立在与Ai连接的台基处, ξAi轴、ηAi轴和ζAi轴分别与静态参考坐标系的X′轴、Y′轴和Z′轴平行;坐标系OB′iξBiηBiζBi的原点OB′i建立在与Bi连接的动平台处, ξBi轴、ηBi轴和ζBi轴分别与动坐标系的X轴、Y轴和Z轴平行, 随动平台一起运动。

2 奇异性分析

2.1 位置逆解模型

在运动过程中, 动坐标系相对于静态参考坐标系的姿态用三个姿态角描述, 即横摇角α、纵摇角β、偏航角γ。由文献[11]可知, 动坐标系到静态参考坐标系的坐标变换矩阵为

其中, cα、cβ、cγ和sα、sβ、sγ分别为cosα、cosβ、cosγ和sinα、sinβ、sinγ 的简写形式;R为单位正交矩阵, R-1=RT。

根据并联机构结构可知, 上支点Bi在动坐标系下的坐标向量构成矩阵BB, 表示为

下支点Ai在静态参考坐标系下的坐标向量构成矩阵AA, 表示为

则上支点Bi在静态参考坐标系下的坐标向量构成矩阵AB, 表示为

那么4条SPS主动支链的输出长度为

2.2 雅可比矩阵

将式 (5) 对时间求导, 经过整理可得

将式 (1) 和式 (2) 代入式 (4) , 并对时间求导可得

将式 (1) 、式 (2) 、式 (4) 和式 (10) ~式 (21) 分别代入式 (6) ~式 (9) , 经过整理可得

2.3 奇异性分析

由Gosselin奇异性分析法[5]可知, 并联机构的奇异位形划分为如下三种类型。

(1) 矩阵B奇异而A非奇异, 即

det A ≠0且det B =0

此时锁定并联机构的末端执行器, 输入驱动关节仍存在瞬时运动, 表明机构至少失去一个瞬时自由度。这种类型的奇异位形发生在并联机构的工作空间边界或者位置逆解数目变化时的位形, 称为边界奇异。

(2) 矩阵A奇异而B非奇异, 即

det A =0且det B ≠0

此时固定并联机构的输入驱动关节, 末端执行器仍存在瞬时运动, 表明机构至少获得一个瞬时自由度, 这时并联机构失去刚度, 无法承受任何承载。这种类型的奇异位形发生在并联机构的工作空间内部, 称为位形奇异。

(3) 矩阵A和B均奇异, 即

det A =0且det B =0

此时机构的驱动关节和末端执行器都存在着瞬时互不影响的非零输入和输出, 对应的位姿就是第三类奇异。这类奇异跟前两种不同的是它不仅仅依赖于位姿, 还与结构参数有关系。处于该类奇异时, 机构将失去自由度。这种类型的奇异位形称为构形奇异, 在机构设计阶段应予以避免。

由于di≠0, 所以det B=d1d2d3d4≠0。则4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构不存在边界奇异和构形奇异, 只需讨论该并联机构的位形奇异。但是, A矩阵为非方阵, 无法根据计算det A判断A矩阵是否奇异。根据矩阵理论, A矩阵奇异可等价于rankA <3, 又因为rank (ATA) =rankA, 所以A矩阵是否奇异可以等价于det (ATA) 是否为零。

3 工作空间分析

3.1 工作空间影响因素分析

工作空间是并联机构的重要特性, 影响并联机构工作空间的因素很多。通过分析4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的结构和运动要求可知, 该并联机构工作空间的影响因素主要有:各驱动液压缸的行程限制、各支链的尺寸干涉限制、球铰副转角的限制、奇异位形的限制。

3.1.1 各驱动液压缸的行程限制解析化

连接动平台和基座的驱动液压缸的长度变化范围是有限制的, 用dimin和dimax分别表示第i个驱动液压缸在并联机构工作中所能达到的极限长度, 则各驱动液压缸的行程限制条件可表示为

3.1.2 各支链的尺寸干涉限制解析化

4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的各主动支链和被动约束支链形状均为圆柱体, 所以各支链的尺寸干涉限制就是圆柱体与圆柱体之间的干涉限制, 本文可根据文献[12]介绍的圆柱体与圆柱体干涉检查方法检查该并联机构各支链的尺寸干涉限制。

3.1.3 球铰副转角的限制解析化

4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的球铰副转角的限制主要有主动支链与动平台连接的球铰副转角限制、主动支链与台基连接的球铰副转角限制和被动约束支链与动平台连接的球铰副转角限制。

由于坐标系OB′iξBiηBiζBi随着动平台一起运动, 而且ξBi轴、ηBi轴和ζBi轴分别与动坐标系的X轴、Y轴和Z轴平行, 所以主动支链与动平台连接的球铰副转角即为支链坐标系ZAi轴与动坐标系Z轴的夹角。

设为支链坐标系的ZAi轴在静态参考坐标系下的单位向量, 为Z轴在静态参考坐标系下的单位向量, 则有

那么, 主动支链与动平台连接的球铰副转角满足下式:

因此, 由式 (23) 求反余弦函数即可求出主动

支链与动平台连接的球铰副转角φBi。

由于ξAi轴、ηAi轴和ζAi轴分别与静态参考坐标系的X′轴、Y′轴和Z′轴平行, 所以主动支链与台基连接的球铰副转角即为支链坐标系ZAi轴与静态参考坐标系Z′轴的夹角。

设轴在静态参考坐标系下的单位向量, 则。那么, 主动支链与台基连接的球铰副转角满足下式:

因此, 由式 (24) 求反余弦函数即可求出主动支链与台基连接的球铰副转角φAi。

由于被动约束支链与台基固结在一起, 所以被动约束支链与动平台连接的球铰副转角即为动坐标系Z轴与静态参考坐标系Z′轴的夹角。

那么, 被动约束支链与动平台连接的球铰副转角满足下式:

因此, 由式 (25) 求反余弦函数即可求出被动约束支链与动平台连接的球铰副转角φB5。

3.1.4 奇异位形的限制解析化

按照2.3节的分析方法, 判断机构所在位形是否为奇异位形, 如果是奇异位形则不能将其记录至该并联机构的工作空间内。

3.2 工作空间求解算法设计

基于4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的位置正解模型[11]设计其回转工作空间, 求解算法如下:

(1) 设定姿态角为 (α, β, γ) ;

(2) 根据位置逆解模型计算四个主动支链的长度di;

(3) 检查步骤 (2) 计算的主动支链长度是否满足dimin≤di≤dimax, 如果不满足, 则转到步骤 (9) ;

(4) 根据位置正解模型计算步骤 (2) 所对应的姿态角α、β和γ;

(5) 检查在步骤 (4) 计算的姿态角α、β和γ情况下各支链是否发生干涉, 如果发生干涉, 则不将步骤 (4) 计算的姿态角α、β和γ记录至回转工作空间内, 转到步骤 (9) ;

(6) 检查在步骤 (4) 计算的姿态角α、β和γ情况下, 各球铰副转角是否超出限制范围, 如果超出限制范围, 则不将步骤 (4) 计算的姿态角α、β和γ记录至回转工作空间内, 转到步骤 (9) ;

(7) 检查在步骤 (4) 计算的姿态角α、β和γ情况下, 机构是否属于奇异位形, 如果是奇异位形, 则不将步骤 (4) 计算的姿态角α、β和γ记录至回转工作空间内, 转到步骤 (9) ;

(8) 将步骤 (4) 计算的姿态角α、β和γ记录至回转工作空间内;

(9) 姿态角 (α, β, γ) 增加一个微小量后, 转到步骤 (2) 。

4 应用算例分析

机构尺寸参数:l1=2.4m, l2=3.6m, l3=1.8m, l4=2.0m, h=4.7m;各主动支链的液压缸内径和外径分别为90mm和108mm;被动约束支链采用圆柱体结构设计, 直径为300mm;活塞杆外径为63mm;驱动液压缸长度最小值dimin=3.74m, 长度最大值dimax=5.74m;球铰副的最大转角φmax=45°。对该并联机构的综合运动设计要求为:横摇角范围α∈[-25°, 25°], 纵摇角范围β∈[-10°, 10°], 偏航角范围γ∈[-7.5°, 7.5°], 在预设工作空间内计算det (ATA) , 其结果分别如图2~图4所示。取姿态角:α∈[-30°, 30°], β∈[-20, 20°], γ∈[-10°, 10°], 按3.2节所设计的回转工作空间求解算法, 运用MATLAB仿真计算得到-30.1154° ≤ α ≤ 30.1154°, -20°≤β≤20°, -21.9089°≤γ≤10°, 其结果如图5所示, 能满足本文设计的工作空间范围要求。

5 结语

运用微分法求出了4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的雅可比矩阵。通过分析可知, 4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构不存在边界奇异和构形奇异。为了讨论4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构是否存在位形奇异, 运用数值分析法, 在设计要求的工作空间内计算det (ATA) 的值, 验证了在所设计的机械结构尺寸下, 4-S PS/S三自由度冗余驱动并联机构不存在位形奇异。分析了影响4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构工作空间的主要因素, 基于位置正解模型, 设计了4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构回转工作空间的求解算法。根据回转工作空间的求解算法, 运用MATLAB编程计算获得了该并联机构的回转工作空间范围。通过结果分析可知, 该并联机构能满足本文设计的工作空间范围要求, 而且本文所设计的回转工作空间求解算法避免了数值方法及几何方法的复杂性和不确定性, 实现了回转工作空间的直观性表达。

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