一种运动分岔并联机构的结构约束与运动模式分析

王冰,方跃法

(北京交通大学机械工程系,100044,北京)

并联机构因闭链结构具有高承载能力、高伺服刚度、高精度及优良的动态性能等优点,使其在重载操作、微纳操作、工业机器人、康复机器人及并联机床等领域得到了重要应用。可重构并联机构具有传统并联机构的全部优点,同时又具有可变结构和自由度特性,使其具有更好的柔性和适应性,吸引了机构学与机器人研究者的极大兴趣,成为新的研究热点之一。可重构并联机构按可重构机理不同,分为变胞并联机构和运动分岔并联机构两类。

变胞并联机构特征在于机构在连续运动中有效杆件数目发生变化,从而导致机构自由度的变化;主要是采用变胞运动副[1-3]、杆件重合与合并[4-6]及可锁死关节[7-8]等方法来实现机构的可重构。运动分岔并联机构[9-12]与变胞并联机构不同,在连续运动中杆件数目并无变化,机构的拓扑结构也没有改变,而是利用机构的约束奇异特性来实现机构的可重构。运动分岔并联机构在连续运动模式下的自由度数小于约束奇异位形下的瞬时自由度数。约束奇异位形为运动分岔并联机构不同运动模式进行切换的初始位形,为保证机构运动的可控,伺服电机数应为机构的瞬时自由度数。

虽然学者们提出了一些特色鲜明的可重构并联机构,但目前已知的具有连续变自由度特性的运动分岔并联机构仍然较少,这类机构的结构综合、结构约束、自由度及运动模式分析等问题都是值得深入研究的机构学基础问题。……