少自由度并联机构拓扑结构性能评价方法研究

近10年来，各国学者综合出大量少自由度并联机构新构型，但因一直缺乏在拓扑层面上评价构型结构性能的指导理论和有效方法，研究者只能靠经验和直觉从浩如烟海的新构型中遴选出具有工程应用价值的机构，这已成为制约少自由度并联机构实际应用的瓶颈之一。本项目以结构脆弱性（反映机构精度和刚度）和运动分岔（反映约束奇异）作为少自由度并联机构的拓扑结构性能要素，运用螺旋理论和李群理论，首先在瞬时运动层面与连续运动层面上研究分支运动链拓扑结构特征的提取和数学描述方法，然后揭示不同几何条件下多个分支运动链拓扑结构特征共同作用下对机构拓扑结构性能的影响机理，构造拓扑结构性能评价指标，给出量化计算方法，进而为少自由度并联机构构型优选提供依据。本项目研究成果不仅丰富和发展了并联机器人机构学理论，而且对推动少自由度并联机构的实际应用具有重要意义。

近10年来，各国学者综合出大量少自由度并联机构新构型，但研究者只能靠经验和直觉从浩如烟海的新构型中遴选出具有工程应用价值的机构，因此，缺乏在拓扑层面上评价构型结构性能的指导理论和有效方法，已成为制约少自由度并联机构实际应用的关键瓶颈之一。本项目旨在研究从拓扑结构层面定性判断少自由度并联机构的性能，为构型优选提供理论依据和方法指导。以分支运动链末端运动具有的转轴的数目和空间分布作为拓扑结构性能要素，运用螺旋理论和李群理论，分别在瞬时运动层面与连续运动层面上研究分支运动链末端运动转轴的几何分布与数目，然后揭示不同几何条件下多个分支转轴几何分布共同作用下对机构拓扑结构性能的影响机理，给出了量化计算方法，从而可以定性衡量机构因杆件不可避免的弹性对机构精度和刚度的影响。本项目目前已发表SCI收录期刊论文3篇， EI收录期刊论文1篇， EI收录会议论文1篇，合作出版Springer专著一部，获发明专利授权5件，实用新型专利授权1件，软件著作权4项。项目研究成果不仅丰富和发展了并联机器人机构学理论，而且对推动少自由度并联机构的实际应用具有重要意义。