四面體式折展機械臂設計與分析

郭金偉 許允斗,2 張國興 姚建濤,2 趙永生,2

(1.燕山大學河北省并聯機器人與機電系統實驗室， 秦皇島 066004； 2.燕山大學先進鍛壓成形技術與科學教育部重點實驗室， 秦皇島 066004)

0 引言

空間折展機械臂已廣泛應用在航空航天、工業和農業等領域，其主要作用是在有效支撐條件下實現遠距離作業[1-9]。因此，折展機械臂通常需要具有大收攏率、輕質量和高剛度的特性[7]。

空間折展機械臂作為可展機構的一個重要分支，其相關技術在國內外已較為成熟。國外折展機械臂主要有薄壁管式折展機械臂[10]、伸縮筒式折展機械臂[11-13]、盤繞式折展機械臂[14-15]和鉸接式折展機械臂[16-17]。與前幾種折展機械臂相比，鉸接式折展機械臂的展開剛度大、重復展開精度高，代表了空間折展機械臂的主流發展方向。比較典型的鉸接式折展機械臂有AEC-Able工程公司為國際空間站太陽能面板開發的FAST折展機械臂和ADAM折展機械臂[15-17]。首爾大學[18]根據折紙思想，設計了一種自鎖式折展機械臂機構，該機構精致小巧、質量輕、自鎖后剛度大，在無人機的運載下能夠到達人類難以到達的地方完成作業。

我國在折展機械臂的力學特性構建、制造機理以及在太空中的應用方面也取得了較大的進展。GUO等[19]研究了一種工業涂裝機器人伸縮臂的拓撲原理。楊慧等[20]針對一種三棱柱伸展臂的超彈性鉸鏈進行了力學建模與分析。單明賀[21]研制了一種三棱柱構架式可展機械臂，利用三根絲杠驅動收展，利用節點法推導了折展機械臂的剛度表達式，并分析了該折展機械臂的動力學、靜力學特性?！?br>