少自由度无奇异完全各向同性并联机器人构型综合方法研究

本项目提出基于互易螺旋理论的少自由度无奇异完全各向同性并联机器人构型综合的系统方法，并利用该方法实现几种少自由度并联机器人机构的型综合。根据驱动螺旋与同一条分支运动链的主动螺旋互易积不等于零，而与其他所有非主动螺旋互易积恒等于零的特性，揭示出少自由度无奇异完全各向同性并联机构构型综合的理论依据，为并联机器人的创新性设计提供新思路，丰富了并联机器人的构型综合方法。通过对所综合出机器人机构的运动、动力学、运动性能分析和仿真，以及实体样机的开发研究验证所提出方法的正确性和可行性。

型综合是并联机器人机构设计中的重点和难点问题之一。目前，国际上虽然已提出多种并联机器人机构的型综合方法，但仍找不到一种方法能综合出所有的机构类型。对于一般方法所综合出的并联机器人机构，其运动学和动力学耦合性都很强，这将导致控制设计和轨迹规划十分困难。本项则目提出基于互易螺旋理论的少自由度无奇异完全各向同性并联机器人构型综合的系统方法，并利用该方法实现几种自由度类型的并联机器人机构型综合。根据驱动螺旋与同一条分支运动链的主动螺旋互易积不等于零，而与其他所有非主动螺旋互易积恒等于零的特性，揭示出少自由度无奇异完全各向同性并联机构构型综合的理论依据。本项目完成了预期类型机构的型综合，如三自由度移动并联机构（3T）、空间二维移动一维转动并联机构（2T1R）、平面二维移动一维转动并联机构（2T1R）、一维移动二维转动并联机构（1T2R）、二维移动二维转动并联机构（2T2R）。所综合出并联机器人机构的运动雅可比矩阵均为单位阵，即条件数的值恒等于1，因此在整个工作空间内不存在奇异位形，且表现为完全各向同性。机构动平台的输出速度与主动副的输入速度之间呈一一对应的线性映射关系，故此类机器人机构具有良好地的运动学和动力学传递特性。通过对所综合出机器人机构的运动、动力学、运动性能分析和仿真，以及实体样机的开发研究验证所提出方法的正确性。本项目提出的方法为并联机器人的创新性设计提供了新思路，丰富了并联机器人的构型综合方法。