副標(biāo)題#e#    1引言
   
    機(jī)械工程中的虛擬樣機(jī)技術(shù)又稱(chēng)為機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，是國(guó)際上20世紀(jì)80年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)，其核心是利用計(jì)算機(jī)輔助分析技術(shù)進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。它是一種基于產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)仿真模型的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，這些數(shù)字模型即虛擬樣機(jī)的建造及仿真，可以大大簡(jiǎn)化機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程，大幅度縮短開(kāi)發(fā)周期。
   
    并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)是近二十多年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種機(jī)器人種類(lèi)。它與串聯(lián)機(jī)器人(即工業(yè)機(jī)器人)相比，具有剛度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、承載能力大、精度高、速度和加速度高、位置反解容易等諸多特點(diǎn)，與串聯(lián)機(jī)器人形成互補(bǔ)，應(yīng)用領(lǐng)域前景廣闊。目前，國(guó)內(nèi)外研究并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)多集中在3自由度(三平移)和六自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，而3自由度(至少具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)),4和5自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究比較少。主要原因是受并聯(lián)機(jī)構(gòu)的各分支鏈相同和對(duì)稱(chēng)的影響。但是研究表明在先進(jìn)制造裝備的研發(fā)領(lǐng)域看好3、4和5自由度的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，如以機(jī)器人工作臺(tái)為應(yīng)用背景的具有3,4,5自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
   
    本文就一種新型四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的理論分析后，運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，在SolidWorks軟件平臺(tái)上構(gòu)建該并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)模型，得到其運(yùn)動(dòng)特性曲線，為進(jìn)行工程分析、設(shè)計(jì)優(yōu)化和最終的實(shí)際樣機(jī)的試制奠定了基礎(chǔ)，為其他結(jié)構(gòu)形式的并聯(lián)機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)提供參考。
   
    2四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)
   
    平行滑塊式四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其中的兩條腿由固定長(zhǎng)度的桿一端通過(guò)球鉸（s）與滑塊連接，另一端通過(guò)球鉸（s）與動(dòng)平臺(tái)連接;另外兩條腿由固定長(zhǎng)度的桿一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)與滑塊連接，另一端通過(guò)兩個(gè)互相垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)與動(dòng)平臺(tái)連接。滑塊由滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)，組成平行移動(dòng)副，4個(gè)移動(dòng)副分布在一個(gè)平面內(nèi)。平行滑塊式四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖1，圖2為計(jì)算模型圖。四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)有動(dòng)平臺(tái)的球鉸分布參數(shù)CD= m ,BC=n，平行導(dǎo)軌間的距離S，桿長(zhǎng)Li(i=1,2,3,4)，導(dǎo)軌的長(zhǎng)度L。四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括桿、定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)平臺(tái)共10個(gè)桿件，連接這10個(gè)桿件的有12個(gè)運(yùn)動(dòng)副。該種并聯(lián)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)控制等均可按常規(guī)機(jī)電技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和安裝。如在動(dòng)平臺(tái)上安裝動(dòng)刀頭和刀具，即可以作為并聯(lián)結(jié)構(gòu)的虛擬軸數(shù)控機(jī)床;如在動(dòng)平臺(tái)上安裝測(cè)頭即可以作為并聯(lián)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

    
    3并聯(lián)機(jī)構(gòu)的參數(shù)化實(shí)體建模
   
    3.1 SolidWorks設(shè)計(jì)環(huán)境
   
    建立并聯(lián)機(jī)構(gòu)的實(shí)體模型是對(duì)其進(jìn)行仿真和分析的前提，當(dāng)完成總體設(shè)計(jì)、概念設(shè)計(jì)和尺度綜合后，可在三維機(jī)械CAD軟件SolidWorks平臺(tái)下按照機(jī)構(gòu)的實(shí)際尺寸進(jìn)行樣機(jī)實(shí)體建模。整個(gè)建模過(guò)程采用自下而上和并行工程的建模策略，分兩個(gè)層面完成。第一層面按照零件的實(shí)際設(shè)計(jì)尺寸對(duì)零件個(gè)休造型，第二個(gè)層面根據(jù)Teamwork的思想，利用三維CAD軟件的自動(dòng)管理文檔功能實(shí)時(shí)監(jiān)控樣機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程，并模擬機(jī)構(gòu)實(shí)際裝配過(guò)程進(jìn)行機(jī)構(gòu)零部件的裝配，還可利用三維CAD軟件的渲染功能對(duì)3D模型進(jìn)行色彩、材質(zhì)、紋理、光照處理，以增強(qiáng)虛擬樣機(jī)的真實(shí)感。
   
    同時(shí)SolidWorks軟件具有以下幾個(gè)功能:
   
    1)全參數(shù)化特征實(shí)體建模，以便于進(jìn)行設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)修改;
    2)運(yùn)動(dòng)部件之間的干涉檢查;
    3)可靠的工程分析數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，可以在設(shè)計(jì)環(huán)境中與工程分析軟件鏈接，結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)等的設(shè)計(jì)更改可以直接與工程分析關(guān)聯(lián)，使設(shè)計(jì)和分析做到平行一致;
    4)3D模型與2D工程圖全相關(guān)，確保虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)的一致性。
   
    SolidWorks所以5olidWorks軟件具有滿(mǎn)足并聯(lián)機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)的要求。