并联机构综合

基金项目：河南理工大学青年基金资助项目（１３３１１１）并联机器人机构研究概述张跃敏，谢刚（河南理工大学机械与动力工程学院，河南焦作４５４００３）工业机器人自１９６０年代初问世以来，得到十分迅速的发展，已广泛应用于各个工业领域以及服务行业、医疗卫生等方面。

在工业（串联）机器人方兴未艾时，又出现了一种全新的并联机器人种类。

并联机器人与串联机器人相比具有结构刚度大、承载能力强、运动精度高以及位置反解简单和力反馈控制方便等诸多优点［１，２］，近年来，被广泛应用到航天器对接装置、雷达定向装置以及虚拟轴高速并联机床。

由于其卓越的运动学和动力学性能以及潜在的工业应用前景，吸引了世界范围内的众多学者对它的研究与开发。

本文对其中并联机器人机构的研究现状与成果进行概述。

１并联机器人机构的研究现状并联机器人的研究大致分为两类：一类是并联机器人机构分析，包括对已经存在的并联机器人进行机构学、运动学、动力学、运动控制、路径规划，智能设计等的研究。

其应用领域主要有：并连机床、飞行模拟器、空间飞行对接机构、装配生产线、卫星天线换向装置、海军舰艇观测台、天文望远镜跟踪定位系统、动感娱乐平台以及医疗设备。

并联机构学与运动学分析主要研究并联机器人的运动学、奇异位形、工作空间等方面，是并联机器人控制和应用研究的基础。

并联机器人动力学分析的方法很多，主要有：拉格朗日法、牛顿－欧拉法、高斯法、凯恩法等。

由于并联机构的复杂性，目前有关对并联机器人的研究大都集中在机构学方面，而对于动力学的研究相对较少。

另一类即是并联机器人机构综合，也就是寻找作为机械承载本体的新机构类型。

本质上，机构综合是最具原始创新的工作［２］。

最初，这一研究课题严重依赖设计者的经验，直觉和灵感。

因此，在研究的过程中没有可靠的方法和科学的步骤来遵循。

综合出的机构不具备完整的系统性和规律性，导致了机构综合困难很大且成果不多。

因此，许多学者在致力于寻找一种具有普遍意义的机构综合方法。

并联机器人机构学的现代分析与综合理论推荐单位：教育部项目简介：本项目属于机械工程科学技术领域。

并联机构在军事和民用都有重要应用，存在结构复杂、强运动耦合和强非线性等特点，是知识密集型机构，也是并联机器人的核心科学问题，并成为机器人研究领域的重要国际前沿课题。

本课题组经过20多年的研究，建立了并联机构现代分析与综合的通用理论。

主要内容有：(1)建立基于螺旋理论的少自由度并联机构构型综合理论，并系统地综合出全部9种类型机构100多种; (2)提出了基于螺旋理论普遍适用的机构自由度分析方法，解决了现代和历史上大量矛盾的机构；(3)提出了机构主螺旋的解析识别方法并研究了机构运动螺旋节距及轴线的分布规律；(4)提出了性能与构件尺度关系的并联机构空间模型理论，可获得尺度在无穷大范围内变化的全局最优的设计结果；(5) 提出并建立了并联机构的运动影响系数理论，它奠定了整个并联机器人运动和动力分析的理论基础；(6)系统研究了并联机构奇异位形及其发生规律，发现了6/6型并联机构的主奇异位形，完整奇异轨迹及其结构特性，还研究了非奇异姿态空间；(7) 研究了并联机器人动力学的多方面问题。

整个研究的科学价值是形成了有学术特色的系统的'并联机器人机构学的现代分析与综合理论'。

该项目发表论文380篇，其中主要论文139篇，含国际杂志50篇，国际会议72篇。

专著5部。

获发明专利25项。

三大检索共收录240篇，其中SCI收录54篇，EI 149篇。

'十篇文献'他引379次。

（本项目全部他引总计877次：国际他引共313次，其中SCI他引181次，《中国科学引文库》他引564次）综合同行们的评价：评论者包括美国等12个国家的许多著名学者和教授。

他们一致肯定了我们的多方面研究，有的认为我们在某方面'取得了又一个重要的进展'、是'一个更加一般性的分析'、认为我们的研究使得'过去两年发生了值得注目的变化'；特别是Rico教授在美国机械工程学会的年会上发表的文章认为我们的研究是'最近的十到十五年，在并联机构的型综合中的5个重要的理论贡献'之一。

含方位特征支链并联机构构型综合与结构优化朱伟;沈惠平;刘晓飞;戴志明;朱小蓉【摘要】含方位特征支链的并联机构是一类特殊结构的刚度好、承载大的少自由度并联机构.首先,提出了含方位特征支链并联机构的构型组成原理,简化了该类机构的方位特征方程、自由度、耦合度等拓扑特征的计算公式,以及拓扑结构综合步骤;其次,根据方位特征方程,综合了2～5自由度方位特征支链以及无约束主动支链的拓扑结构型式,以4自由度并联机构为例,给出了该类机构结构综合的原则和方法.再次,根据方位特征支链中的驱动副数目(0、1、2)对机构进行分类,并给出具体结构设计案例.最后,针对部分机构存在的力学性能不好的问题,提出了支链结构优化和对称性结构优化2种拓扑结构优化方法及其相应案例.本文工作为含方位特征支链并联机构的拓扑结构综合提供了较系统的理论基础和设计方法.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2016(047)008【总页数】11页(P378-387,405)【关键词】并联机构;方位特征支链;拓扑结构【作者】朱伟;沈惠平;刘晓飞;戴志明;朱小蓉【作者单位】常州大学机械工程学院,常州213164;常州大学机械工程学院,常州213164;常州大学机械工程学院,常州213164;常州大学机械工程学院,常州213164;常州大学机械工程学院,常州213164【正文语种】中文【中图分类】TH112一般而言，并联机构(PM)的每条支链对运动平台运动均会产生相应的驱动和约束。

但有一类特殊的非完全对称PM，其运动输出特征是由其中某一条支链决定的，即方位特征支链(Position and orientation characteristics limb，POL)，其他支链均为只提供驱动的无约束主动支链(自由度为3或6)。

所谓方位特征支链是指，其末端输出运动类型恰为机构动平台的方位输出类型[1]，相比恰约束支链、满约束支链、被动支链、中间约束支链等概念[2-4]，其物理意义更加明确，并可分为主动特征支链(提供驱动和约束)和从动特征支链(仅提供约束)。

《三自由度并联软驱动机构的型综合》篇一一、引言在机械工程和机器人技术领域，机构的设计和优化一直备受关注。

近年来，随着技术的发展和应用的不断深入，多自由度并联机构的研究尤其引起了广泛的关注。

特别是三自由度并联软驱动机构，它凭借其灵活性和多功能的特性，在各种领域如工业制造、医疗康复、航空航天等有着广泛的应用前景。

本文将就三自由度并联软驱动机构的型综合进行深入的研究和探讨。

二、三自由度并联软驱动机构概述三自由度并联软驱动机构是一种具有三个独立运动方向的并联机构，它通过多个驱动器共同作用，实现机构的运动和功能。

其特点在于其结构灵活，能够实现多种复杂的运动模式，且具有良好的动态性能和负载能力。

这种机构主要由驱动器、连杆、关节等部分组成，其中连杆通过关节连接在一起，驱动器通过控制系统来控制其运动。

三、型综合设计研究在三自由度并联软驱动机构的型综合设计中，首先需要对机构的整体结构进行设计。

这包括确定机构的类型、尺寸、形状等参数。

然后，根据具体的应用需求，确定机构的运动范围和精度要求。

在确定这些基本参数后，需要进行详细的机构设计，包括驱动器的选择、连杆的设计、关节的选型等。

在设计中，还需要考虑机构的动态性能和稳定性。

这包括机构的刚度、阻尼、惯性等参数的优化设计。

此外，还需要考虑机构的制造工艺和成本等因素，以实现机构的优化设计和制造。

四、仿真分析与实验验证在完成型综合设计后，需要进行仿真分析和实验验证。

仿真分析可以通过计算机软件进行，通过建立机构的数学模型和物理模型，对机构的运动性能、动力学性能等进行模拟和分析。

这可以帮助我们更好地理解机构的工作原理和性能特点，为后续的实验验证提供依据。

实验验证是检验机构设计和性能的重要手段。

通过实验验证，可以检测机构的运动精度、负载能力、动态性能等指标是否达到设计要求。

同时，还可以发现设计中存在的问题和不足，为后续的优化设计提供依据。

五、结论与展望通过对三自由度并联软驱动机构的型综合研究，我们可以得出以下结论：1. 三自由度并联软驱动机构具有结构灵活、运动范围广、负载能力强等优点，具有良好的应用前景。

第十三章（1T-2R）并联机构拓扑结构综合与分类本文讨论运动副为1平移—2转动（简记为（1T-2R））并联机构拓扑结构综合与分类问题。

主要内容包括：并联机构支路的结构类型与支路组合；机构拓扑结构综合过程；机构拓扑结构的基本类型与类型扩展；基于拓扑结构特征的机构分类与类型优选等。

13.1 对（1T-2R）机构的基本要求(1) 动平台的POC集为12PatMr⎡⎤=⎢⎥⎣⎦。

(2) 自由度3DOF=。

(3) 每条支路有一个驱动副，且所有驱动副位于同一平台或尽可能靠近同一平台。

(4) P副只能为驱动副。

即，P副不能为非驱动副。

(5) 机构对称性：(a) 所有支路的拓扑结构相同.(b) 部分支路的拓扑结构相同.(c) 支路的拓扑结构互不相同.13.2 支路拓扑结构类型与支路组合方案13.2.1 支路的POC集已知12PatMr⎡⎤=⎢⎥⎣⎦，由式(5-3)iB PaM M⊇可知，支路的POC集可取为112233232323,,,,,bit t t t t tMr r r r r r⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦Table 13.1 支路与支路的结构类型(25)}H RR R-⊥-}R R R--}R R R⊥⊥-}R R R R***--}P R R R***⊥--}R R R R**--)P R R R*⊥-((,*))R R ◊**}R R R R --**}R P R R ---3t ⎡⎤ {}SOC H S S ----13.2.2 简单支路的结构类型由上节得到的支路的6种POC 集，简单支路(SOC )的结构类型可从表(8-1)的dim.()S DOF M =中直接选取，如表13.1的No.1-No.19所示。

13.2.3 复杂支路的结构类型仅讨论只含一个回路的复杂支路(HSOC)的结构类型。

(1) 含平面五杆(32)R P -回路的复杂支路在平面五杆(32)R P -回路的连架13R R 、副之间, 串联一个转动副2R ，得到一个含平面五杆(32)R P -回路的HSOC 支路，如图13-1所示，记为(32)(32){}R P R P HSOC P R R ---⊥⊥-(表13-1之No.18)，该HSOC 支路的POC 集为12bi t M r ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦。