摘要
并联机器人的理论研究已经趋于成熟，但并联机器人在工业中的应用仍然非常有限。作者认为主要原因有以下两个方面：首先，现有的并联机器人设计理论对使用者的数学基础要求较高且较为抽象，限制了其在工程领域的应用与推广；其次，并联机器人工作空间普遍较小的弊端，使其难以满足一般的设计和工况要求。本文以建立简单易用的构型综合方法和发掘具有大工作空间的并联机器人构型为目标，开展并联机器人构型设计相关的理论研究工作，主要研究内容包括以下几个方面： 首先，提出了串联支链的关联矩阵、约束矩阵和约束关联矩阵表示方法，并给出了详细定义，揭示了串联支链的运动、约束信息以及两者之间的内在联系，为并联机器人的构型综合奠定了基础。 基于螺旋理论的几何特性，提出了一种几何约束构型综合方法，并给出了详细的操作步骤。该方法将串联支链的构型综合转化为约束关联矩阵的几何推导，具有直观和易用的优势。进一步建立了串联支链数据库来辅助并联机器人构型综合，设计人员可直接在数据库中查找目标支链设计期望的并联机器人，有效降低了并联机器人的设计难度。提出用约束矩阵表示并联机器人的机构约束螺旋系，通过分析约束矩阵中可变元素对矩阵的秩的影响，可判断并联机器人的自由度瞬时性。 将几何约束构型综合方法应用于变胞并联机器人的构型综合，给出了变胞并联机器人的一般构型综合步骤。以2R1Tamp;1R2T和3Tamp;3R两类六自由度变胞并联机器人为例，综合出了十种新型变胞并联机器人，并分析了每种变胞并联机器人的运动模式切换条件。应用几何约束构型综合方法对孪生并联机器人进行构型综合，给出了孪生并联机器人的构型原理，分析了目标串联支链的结构特征，综合得到了多种具有大工作空间特性的2R和2R1T孪生并联机器人。 将车轮引入到并联机器人领域，发明了一类轮式并联机器人。轮式并联机器人融合了移动机器人和并联机器人的优势，它不仅具有移动效率高、移动范围广的优点，且具备在局部小范围内进行高精度六自由度操作的能力。基于螺旋理论的代数特性，提出了一种并联机器人自动化构型综合方法，并应用于轮式并联机器人的构型综合。该方法将含有车轮的串联支链构型综合转化为关联矩阵的生成与筛选，可借助计算机实现串联支链的自动化构型综合。最终，综合得到了四种六自由度轮式并联机器人构型，并成功研制出了两台六自由度轮式并联机器人样机。
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