大负载SCARA并联机器人刚度建模及性能预估

来源：机械工程学报杂志2025年第21期北京时间：

作者：梁栋, 韩志强, 宋轶民, 畅博彦

单位：1. 天津工业大学机械工程学院 天津 300387;2. 天津市现代机电装备技术重点实验室 天津 300387;3. 天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室 天津 300350

摘要：针对纺织、食品、物流运输等领域对高速、高精度以及大负载作业装备的需求，研究一种含闭环子结构SCARA并联机器人精细化刚度建模方法及其性能分析。首先，对该机器人进行结构描述和位置分析；其次，在螺旋理论框架下，引入虚拟弹簧法，推导主/被动平行四边形子结构的刚度矩阵，获得支链的刚度模型，进而通过刚度叠加原理，建立整机刚度模型；在此基础上，借助数值计算和有限元仿真对六组典型位姿下的线刚度和扭转刚度进行对比，结果显示相对误差均在10%以内，验证了刚度理论模型的正确性及有效性，并对姿态角为0°时工作空间不同平面内的刚度分布进行了可视化，阐明了相关变化规律；最后，为有效统一线变形和扭转变形的量纲，基于瞬时变形能构造出具有清晰物理含义的刚度性能指标，据此分析了不同姿态角下任务工作空间内的刚度性能，为该机器人的高速、高刚度一体化设计及样机开发奠定了理论基础。

关键词：SCARA并联机器人,螺旋理论,刚度矩阵,虚拟弹簧法,有限元分析；

基金资助：国家自然科学基金资助项目(52175243, 52275027)。