浙江工业大学李研彪教授团队：基于刚柔耦合模型的5PSS/UPU并联机构动态精度分析| CJME论文推荐
Li, Y., Wang, Z., Chen, C. et al. Dynamic Accuracy Analysis of a 5PSS/UPU Parallel Mechanism Based on Rigid-Flexible Coupled Modeling. Chin. J. Mech. Eng. 35, 33 (2022). https://doi.org/10.1186/s10033-022-00693-5
为了改善因支链弹性变形导致的并联机构输出精度低的问题，提出一种基于有限元的动态精度分析方法，得到分支连杆的横截面积、弹性模量和动平台质量与动态精度的映射关系，为并联机构参数设计提供了理论依据。
图1 5-PSS/UPU并联机构虚拟样机
采用矢量标定算法对5-PSS/UPU并联机构进行参数辨识。根据并联机构的实际结构尺寸得到不同的位置参数，用来代替实际测量的位置参数。通过辨识得到的实际结构尺寸参数和机构尺寸参数作为矢量标定计算的输入和输出，得到的各误差源标定精度为93.42%、90.06%、88.89%、91.61%、92.50%、94.65%、95.44%和93.37%，表明了标定法的有效性。借助所提的算法标定并联机构动平台的位姿误差，在固定坐标系下，沿X轴、Y轴和Z轴方向的位置误差分别降低了93.5%、92.5%和91.7%，而绕三个方向的角度误差降低了93.6%、91.2% 和86.8%。
当横截面积从400 mm^2增加到900 mm^2时，位移、速度和加速度的无量纲均方根误差影响指标从0.0284%、5.6235%和59.6772%下降到0.0019%、0.8277%和8.6590%。当弹性模量从70GPa增加到206GPa时，位移、速度和加速度的无量纲均方根误差影响指标分别从0.0284%、5.6235%和59.6772%下降到0.0029%、0.7950%和20.0719%。说明支杆弹性模量越大，对应机构输出误差越小，动态精度越高。当移动平台的质量从20kg增加到60kg时，位移、速度和加速度的无量纲均方根误差影响指标分别从0.0284%、5.6235%和59.6772%增加到0.0708%、13.6946%和124.250%。
采用封闭矢量法建立误差模型，基于误差模型定量分析各误差源对并联机构的动态精度影响，借助矢量法标定各误差源能够显著地降低几何误差对动态精度的影响。此外，在刚柔耦合动力学模型的基础上，定量分析可得：并联机构动平台的位置、速度和加速度的无量纲均方根误差与截面积、定长杆弹性模量和动平台质量均呈正比，该结论可为机构参数设计提供理论依据。
该研究成果能够适用于其他类型机器人柔性动力学模型建立、动态精度分析以及机构尺度参数优化设计。
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[2] 《高等空间机构学》-黄真、赵永生、赵铁石
[3] 《少自由度并联研究与设计》-李研彪、张征、孙鹏
团队主要研究方向为机器人技术应用。
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编辑：谢雅洁 校对：向映姣
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