少自由度并联机构运动等效机构的基础理论研究

The limited degree of freedom parallel manipulators have a variety of structures. Some parallel manipulators which have identical kinematics but different structures are among them. However, the exacting standard for their joints leads to the parallel manipulators which has practical value are relatively few. This project focuses on the study of basic theory of kinematics-identical manipulators for lower mobility parallel manipulators, proposes the concept of kinematics-identical manipulator,stduies the existence conditions for kinematics-identical manipulators,establishes the systematic method for finding such manipulators based on linear theory, and aims at finding the kinematics-identical manipulators for some classic and practical manipulators using proposed method. Meanwhile,based on the particular phenomenon that the kinematics-identical manipulators are identical in kinematics, but are different in structural constraints and thus produce different properties and kinematical performances, this project establishes the theory system about the property relative to constraints, investigates the influence of constraints effect on the kinematics-identical manipulators, studies the differences of potential properties and kinematical performances between kinematics-identical manipulators and finds the manipulators with good performance based on comparative study in them. The studies for kinematics-identical manipulators can deeply understand the characteristics of lower mobility parallel manipulators, broaden the research content for such manipulators. Meanwhile, the kinematics-identical manipulators can solve many problems which limit the development of lower mobility manipulators such as the the strict gemetrical conditions, complicated structure and manufacture difficults for joints, and thus can promote the process of limited degree of freedom parallel manipulators.

少自由度并联机构的构型丰富，其中不乏构型不同而运动完全相同的机构。然而少自由度并联机构对运动副要求很高，导致具有实用价值的机型还比较少。本项目定位于少自由度并联机构运动等效机构的理论研究，提出了运动等效机构的概念，研究运动等效机构的存在规律，基于线性变换原理建立寻找运动等效机构的方法体系，并寻找一些经典而实用的并联机构的运动等效机构。同时基于这类机构存在的运动学相同，而约束不同导致机构性质、性能不同这一特殊现象，建立这类机构与约束相关的机构特性的理论模型，揭示约束对运动等效机构特性的影响机理，并通过对比机构性质、性能差异实现这类机构优选。运动等效机构的研究可为少自由度并联机构本质和特性提供了更深层次的认识,丰富和完善少自由度并联机构理论。同时可以解决目前限制少自由度并联机构发展的诸如运动副布置几何条件要求高，结构复杂、难于制造等问题，推进少自由度并联机构的实用化进程。

本项目开创了少自由度并联机构运动等效机构这一研究领域。少自由度并联机构的构型丰富，其中不乏构型不同而运动完全相同的机构。本项目定位于少自由度并联机构运动等效机构的理论研究。项目提出了运动等效机构的概念，揭示了运动等效机构的存在规律。结合线性变换原理，提出了基于约束Jacobian的运动等效机构生成机制。针对多种经典而实用的并联机构，导出了其运动等效机构，得到了Exechon、Tricept、Tsai氏三平动等机构含过约束和无过约束的运动等效机构。通过研究平动机构运动等效机理，得到了更加严密的实现三平动的几何条件，彻底解决了著名的Tsai氏三平动机构结构上难以实现的问题。.基于运动等效机构中存在的运动学相同，而约束不同导致机构性质、性能不同这一特殊现象，建立了这类机构与约束相关的机构受力、刚度特性的对比模型，揭示了约束对运动等效机构特性的作用机理，明确了运动等效机构性能各异的产生机理，为并联机构性能评定难题提供新的思路和方法。同时通过对比机构性质、性能差异进行这类机构优选，实现了兼顾功能与性能需求的少自由度并联机构拓扑构型优选。.基于演化出的性能较好的运动等效机构，构建了多种含多个并联机构的混联机构，建立了这类串并联机构通用的运动学、静力/动力学、刚度和工作空间求解模型。.运动等效机构的研究为少自由度并联机构本质和特性提供了更深层次的认识,丰富和完善了少自由度并联机构理论。同时可以解决目前限制少自由度并联机构发展的诸如运动副布置几何条件要求高，结构复杂、难于制造等问题，推进少自由度并联机构的实用化进程。.本项目具体成果如下：.1. 以第一作者(兼通信作者)发表15篇标注项目号论文, 其中SCI收录9篇, 论文发表在 Nonlinear Dynamics, Applied Mathematical Modeling, Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, Mechanism and Machine Theory, Robotica, Journal of Mechanical Engineering Science等期刊及重要会议; .2. 入选河北省青年拔尖人才，河北省三三三人才工程，获批河北省优秀青年基金；.3. 获中国发明专利授权6项，获河北省自然科学三等奖1项；.4. 指导研究生6人。