Stewart平台铰链间隙的精度分析

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Stewart平台铰链间隙的精度分析Stewart平台铰链间隙的精度分析
汪劲松， 白杰文， 高猛， 郑浩峻， 李铁民
(清华大学 精密仪器与机械学系， 北京 100084)
收稿日期: 2001202209
基金项目: 国家九七三”重点基础研究项目 (G1998030607)
作者简介: 汪劲松(19642) ， 男(汉) ， 重庆， 教授。
E2 mail : wangjs###tsinghua . edu . cn
摘要: 为提高 Stew ar t 平台的运动精度， 解决铰链间隙误
差的影响问题， 将Stew ar t 平台的各条支链作为假想的单开
链， 利用串联机器人运动学中的D2 H (Denavit2 Har tenberg)
方法， 结合从运动学方程微分得到的结论， 推导出终端运动
误差和铰链间隙误差间的映射关系。并且以-台基于 Stew 2
ar t 平台的并联机床为模型， 利用仿真计算， 分析了工作空间
内间隙误差对终端运动精度的影响规律， 为并联机床的误差
补偿提供了理论基矗
关键词: Stew ar t 平台; 精度分析; 铰链间隙
中图分类号: TP 242 文献标识码: A
文章编号: 100020054 (2002) 0620758204
Accuracy ana lys is of jo i n t-clearances
i n a Stewart pla tform
WANG J insong， BAI J iew e n， GAO Me ng，
ZHENG Ha o jun， L I Tiem in
(Department of Prec ision I nstrumen ts andMechanology，
Tsi nghua Un iversity， Be ij i ng 100084， Chi na)
Abstract : Jo int2 clearance effects were analyzed to i mp rove the
accuracy of the Stewart p latfo rm. Every link in the p latfo rm was
t reated as a jo int2link t rain . The mapp ing f rom the clearances to the
accuracy was achieved using the D2 H (Denavit2 Hartenberg)
convent i on w ith the k inemat ic funct i on different ial . F rom a real
Parallel2Kinemat icM achine too l based on the Stewart p latfo rm， the
si mulat i on results showed the effects of the clearances on the
accuracy in the wo rkspace . The analysis p rovides the theo ret ical
foundat i on fo r j o int clearance compensat i on fo r Parallel2Kinemat ic
M achine too ls .
Key words : Stewart p latfo rm; accuracy analysis; jo int2 clearance
近年来Stew ar t 平台的并联装备得到越来越多
的应用。但精度问题-直没有得到很好的解决。文
[ 1 ]对运动学方程微分求解， 用误差椭圆显示了工作
空间内不同位置的误差值。 文[ 2 ]在其误差模型中进
-步考虑了弹性变形、 热变形误差等因素。文[ 3 ]建
立了包含铰链安装误差和驱动轴误差的误差模型，
解决误差源和终端之间误差限的正解和逆解问题。
但以上文献中都将铰链看为理想部件， 忽略了铰链
自身的间隙误差。 文[ 4 ]虽在其模型中包含了铰链间
隙误差， 但也只是在给定铰链间隙误差的情况下， 对
终端沿个别轨迹平动时进行仿真计算， 欠缺必要的
理论分析。
本文针对铰链间隙误差， 将Stew ar t 平台的各
条支链看成假想的单开链， 利用 D2 H (Denavit2
Har tenberg)方法， 得出理论分析结果。并结合工程
实际模型， 进行全面的数值仿真， 解决了间隙误差对
终端精度的影响问题， 为间隙误差补偿提供了理论
基矗
1误差分析
本文研究的Stew ar t 平台由动平台、 静平台和6
条驱动轴组成。 驱动轴通过虎克铰和静平台连接， 通
过球铰和动平台连接。动平台和静平台采用分层结
构(图1)。各层铰链点分布成等边三角形(见图2)。
模型参数如下: 静平台参数为 rB1， rB2， hB ， A B; 动
平台参数 rT1， rT2， hT ， A T。如图1、图2， 在静平台
图 1Stewart平台结构