高性能冗余并联机构的设计理论与方法研究

本项目主要研究冗余并联机构设计系统理论和方法，达到克服并联机构的缺点，保持其优点的目的，全面提升并联机构的各项性能。主要内容包括：通过约束系统协调，研究约束冗余并联机构的构型综合设计理论以及非约束冗余并联机构的构型拓扑结构，研究构型对性能指标的影响规律；研究各向同性冗余并联机构的设计方法，通过对冗余结构的优化配置和分布，实现机构工作性能的各向同性，解决机构性能随位形变化而变化的难题；研究集模块化设计与结构冗余设计于一体的设计方法，从而实现并联机构工作模式的灵活切换，最大限度地满足工作任务的需求和保证操作性能的要求；研究冗余并联机构在传动过程中能量流、载荷分布和传动的效率等，建立冗余并联机构的动力协调规律模型以及速度控制与力控制的协调策略；研究以运动灵巧度、工作空间、动力学性能、刚度指标和工作精度等性能为评价指标的冗余并联机构优化选型，确保机构具有优良工作性能。

本项目主要研究冗余并联机构设计系统理论和方法，达到克服并联机构的缺点，保持其优点以及提升并联机构的各项性能指标的目的。主要研究成果包括：提出了一种驱动冗余的少自由度并联机构的构型综合设计方法，提出了一种新型并联机构链接度计算公式，适用于支链通过球副与动平台连接的并联机构（冗余或非冗余），并在此基础上形成了了一种结构冗余并联机构的构型综合设计方法，确定了并联机构非期望运动量化指标，并通过添加驱动冗余支链的方式对非期望运动进行了消除，提出了多种具有大转角工作空间的冗余并联机构构型。并且将提出的并联机构应用于医疗康复的驱动冗余并联装置和大转角运动模拟器等，设计制造了多款实验样机。为进一步研究开发基于冗余并联机构的高性能技术装备奠定科学基础。对于机构学和机器人学都具有重要的学术意义和工程应用价值。在该项目研究过程中,项目组成员在国内外发表高水平研究论文28篇，其中SCI检索16篇，EI检索8篇，获得国家专利6项。