SCARA并联机构拓扑分析与其低耦合度机型设计

李 菊 曾氢菲 沈惠平 杨廷力

(常州大学现代机构学研究中心， 常州 213016)

SCARA并联机构拓扑分析与其低耦合度机型设计

李 菊 曾氢菲 沈惠平 杨廷力

(常州大学现代机构学研究中心， 常州 213016)

根据基于方位特征(Position and orientation characteristics，POC)的并联机构拓扑结构设计理论与方法，首先，对已提出的一类7个具有较好实用价值的SCARA并联机构，进行了拓扑结构分析，揭示了其POC集、自由度(含驱动副选取)、过约束数、耦合度以及输入-输出运动解耦性等5个最主要的拓扑特征，且发现这些机构的耦合度均较大，为2，表明其运动学正解和动力学求解十分复杂；继而基于机构拓扑结构降耦原理，又对κ=2的这7个机构进行了拓扑结构降耦优化，得到了低耦合度(κ=1)，而机构POC、自由度(Degree of freedom，DOF)等保持不变的实现SCARA运动的14个新机型，不仅丰富了实现SCARA运动的4-DOF三平移一转动机型库，而且降低了这些机构的运动学和动力学代数求解难度，而其数值解可用一维搜索法方便求得，从而为这一类SCARA并联机构的运动学和动力学分析、设计及应用提供了理论基础。

并联机构； POC方法； 拓扑结构分析； 耦合度； 拓扑特征； 机构综合

引言

以方位特征集(POC集)为数学工具、以有序单开链(Single open chain, SOC)为机构组成单元的并联机构(Parallel kinematic machine, PKM)拓扑结构设计理论与方法，由杨廷力等[1-2]提出并建立，该方法不同于基于螺旋理论的方法[3-5]、基于位移子群的方法[6]、基于线性变换和进化算法的方法[7]，它描述的运动都是相对于动平台运动副轴线的，与定坐标系以及机构的运动位置无关，因而是一种几何方法；……