[发明专利]一种转轴非共面铰链的工作空间的计算方法

说明书

本发明涉及铰链设计技术领域，具体提供一种转轴非共面铰链的工作空间的计算方法，所述计算方法包括步骤：S1、确定转轴非共面铰链的几何参数；S2、根据所述几何参数，确定所述转轴非共面铰链的三个特征角度；根据所述三个特征角度确定所述转轴非共面铰链的干涉运动范围；S3、根据所述干涉运动范围确定所述转轴非共面铰链的干涉运动方程；S4、根据所述干涉运动方程计算所述转轴非共面铰链的工作空间。本发明的计算方法计算精度高，易于实现转轴非共面铰链的设计，同时也易于实现快速计算。

技术领域

本发明涉及铰链设计技术领域，尤其涉及一种转轴非共面铰链的工作空间的计算方法。

背景技术

一般的并联机器人设计都是一个长周期的优选过程，在每一轮的设计中都需要建立多个模型，进行多次的迭代升级，对于并联机器人所使用的转轴非共面铰链更是需要多次的建模与不断的改进。设计过程需要较长的时间，对项目研制进度有一定影响，因此，如何缩短转轴非共面铰链的设计过程成为该领域设计人员亟待解决的问题。

在转轴非共面铰链设计中，设计人员一般仅依据铰链的最大旋转角度肉眼粗略计算和分析得到铰链的工作空间，从而给出转轴非共面铰链的主要设计参数。由于所得到的铰链工作空间不准确，需要通过计算机模拟将设计模型装配到并联机器人中，进行仿真实验，得到并联机器人支腿的活动范围，以便评估该铰链的工作空间性能是否满足并联机器人支腿活动范围要求。该过程需要不断重复，因此研制时间较长。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种转轴非共面铰链的工作空间的计算方法，通过引入转轴非共面铰链的干涉运动，精确地计算铰链的工作空间，进而对转轴非共面铰链的主要设计参数进行估算，可以加快设计过程，节省研制经费。

本发明提供一种转轴非共面铰链的工作空间的计算方法，所述计算方法包括步骤：

S1、确定转轴非共面铰链的几何参数；所述转轴非共面铰链包括上连杆、上支架、下连杆、下支架以及偏置十字轴；所述偏置十字轴用于连接所述上支架和所述下支架；

S2、根据所述几何参数，确定所述转轴非共面铰链的三个特征角度；根据所述三个特征角度确定所述转轴非共面铰链的干涉运动范围；

S3、根据所述干涉运动范围确定所述转轴非共面铰链的干涉运动方程；

S4、根据所述干涉运动方程计算所述转轴非共面铰链的工作空间。

优选的，所述几何参数包括所述上支架或所述下支架的外侧长度2a₁、内侧长度2a₂、宽度2b、外侧高度h₂，以及所述转轴非共面铰链的偏置量参数e。

优选的，所述三个特征角度的计算公式如下：

γ₁为所述转轴非共面铰链中，所述上支架的侧面与所述下支架的底边接触时，所述上支架相对于所述偏置十字轴的最大旋转角度；γ₂为所述转轴非共面铰链中，所述上支架相对于所述偏置十字轴的旋转角度为π/2时，所述下支架相对于所述偏置十字轴的最大旋转角度；γ₃为所述转轴非共面铰链中，所述上支架或所述下支架相对于所述偏置十字轴转动可达到的最大旋转角度。

优选的，所述根据所述三个特征角度确定所述转轴非共面铰链的干涉运动范围包括：根据所述三个特征角度，获得所述转轴非共面铰链在干涉运动过程中的六个特征位姿，通过所述六个特征位姿将所述转轴非共面铰链的干涉运动分为五段，得到每段运动开始或结束时，所述转轴非共面铰链的特征位姿，并计算所述转轴非共面铰链的干涉运动。

优选的，所述转轴非共面铰链的干涉运动方程如下公式所示：