多转动中心两转一移并联机构的构型设计与转动特性研究

Parallel mechanisms (PMs) with two rotational and one translational degrees of freedom (2R1T) are widely used in the field of parallel equipment. Particularly, a class of 2R1T PMs with multiple rotation centers that can realize continuous rotation about arbitrary points or arbitrary axes within a certain area, can effectively solve the problem of the parasitic motion of the 2R1T PMs. This project intends to research on the structure synthesis and rotation characteristics analysis of the class of 2R1T PMs. This project will establish the systematic type synthesis theory of this kind of mechanisms based on screw theory and will research on the design method of multiple rotation centers PMs with variable platform structure. Also, Based on the study of the relationship between the movement and the rotation axes of different kinds of 2R1T PMs, a more systematic motion classification principle can be established. By studying the design theory of a class of planar mechanisms with continuous rotation, a systematic design theory which can apply to spatial mechanisms, planar mechanisms and spherical mechanisms can be established. The research of this project will not only enrich and improve the design theory of lower-mobility PMs, but also providing alternative models and theoretical support for the development of new high-tech parallel equipment of China. So, it has not only theoretical significance but also high practical value.

两转一移并联机构在并联装备领域有着广泛的应用，特别是其中一类具有多转动中心特性的两转一移并联机构可以实现绕空间一定区域内任意轴线或任意点的连续转动，能够有效解决两转一移并联机构中存在的伴随运动问题。本项目拟对这类多转动中心两转一移并联机构的构型设计及转动特性分析问题开展研究：基于螺旋理论，建立这类多转动中心两转一移并联机构系统的型综合原理；研究具有可变平台的多转动中心两转一移并联机构的设计方法；通过研究不同类型两转一移并联机构的运动与其轴线之间的联系，建立两转一移并联机构更加系统的运动分类原理；通过研究一类与多转动中心两转一移并联机构有相似转动性质的平面多转动中心两自由度机构的设计，建立涵盖空间机构、平面机构及球面机构统一的构型设计理论。该研究既可以丰富和完善少自由度并联机构的构型设计理论和运动分类原理，也可以为我国新型高端并联装备的研制提供备选机型，具有重要的理论意义和实际应用价值。

两转一移并联机构在并联装备领域有着广泛的应用，特别是其中一类具有多转动中心特性的两转一移并联机构可以实现绕空间一定区域内任意轴线或任意点的连续转动，能够有效解决两转一移并联机构中存在的伴随运动问题。为此，该项目针对多转动中心两转一移并联机构的构型设计及转动特性分析问题开展研究，对比分析了现有的上下平台全等和上下平台不全等的多转动中心两转一移并联机构，针对机构的约束特性进行分析，得出这类多转动中心两转一移并联机构系统的型综合原理；分析了可变平台及可折叠的3-UPU并联机构的基本特性，得到机构平台变形规律及变形后对其性能的影响；分析了多转动中心两转一移并联机构的定轴定点转动特性，揭示了多转动中心两转一移并联机构的纯转动和纯移动特性，基于运动特性细化了两转一移并联机构的分类原理；对具有多转动中心特性的空间机构、平面机构以及球面机构进行设计及转动特性分析，揭示了三者相似的转动特性，并建立了统一的结构设计原理；基于上述设计原理，开发了并联三维自由弯曲成形装置、并联运动模拟器、并联踝关节康复装置、并联机床主轴头等多种并联装备构型，对这类机构的定轴定点转动特性进行了验证和有效利用。本项目研究成果在Mechanism and Machine Theory、机械工程学报等国际或国内著名期刊发表论文8篇，其中SCI收录5篇，EI收录2篇；发表会议论文4篇，申请中国专利23项；本项目成果丰富了并联机器人机构学理论，为我国具有自主知识产权的新型并联装备的研制奠定了坚实的理论基础。