用柔顺关节传动的并联机器人机构动力学理论与实验研究

并联机器人是机器人领域近些年的研究热点之一，但由运动副带来的间隙、摩擦、冲击等问题使其工作性能不能满足要求，柔顺机构从机械结构的角度为解决这些问题提供了新思路。将柔顺机构中的柔性铰链应用到并联机器人中，取代传统运动副，可从根本上解决此难题。目前国内外研究主要集中在本身含有柔性铰链的微操作并联结构的运动分析和设计上，而在具有机构整体大范围运动的一般柔顺并联机器人机构动力学本质问题方面的研究尚未真正展开。.本项目提出用柔顺关节替代传统运动副进行传动的主动设计思想，旨在构造新型高性能并联机器人，将柔顺机构与并联机器人融合到一起，开拓柔顺并联机器人前沿新方向，从机构动力学这一基础科学问题入手，全面开展柔顺关节并联机器人机构动力学建模、分析、设计、规划与控制等方面研究，形成一套理论及实验研究方法，从机械设计和控制策略两方面综合提高柔顺并联机器人的整体性能，促进柔顺机构和并联机器人及其交叉学科的发展。

为有效解决刚性并联机器人中由运动副带来的间隙、摩擦、冲击等难题，本项目将柔顺机构中的柔性铰链应用到并联机器人中，提出了用柔顺关节替代传统运动副进行传动的主动设计思想，将柔顺机构与并联机器人融合到了一起，构造出新型高性能并联机器人，开拓出柔顺并联机器人前沿新方向。研究工作从机构动力学这一基础科学问题入手，全面开展了柔顺关节并联机器人机构动力学建模、分析、设计、规划与控制等方面研究，建立了柔顺关节并联机器人的分析和设计方法，提出了2R、PR、PRR及4R等多种柔顺机构伪刚体新模型，建立了相应的动力学方程，进行了柔顺关节并联机器人的动态特性分析，设计并加工出了单片簧式、带缺口片簧式、扭簧式、开槽薄壁式、双片簧式等多种新型柔顺关节，搭建了平面三自由度柔顺关节并联机构实验系统，完成了柔顺关节并联机器人的整圆、三角形、方形、直线及曲线各种轨迹跟踪控制实验，从机械设计和控制策略两方面综合提高了柔顺并联机器人的整体动力学性能，形成了一套用于柔顺关节并联机器人研究的理论及实验研究方法，促进了柔顺机构和并联机器人及其交叉学科的发展。