并联机构的结构降耦原理及其设计方法

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及其应用。定义并联机构结构降耦的概念，澄清并揭示机构结构降耦与机构运动解耦之间的内在区别与联系。从并联机构支
链本身的拓扑结构以及支链在动／静平台之间布置的拓扑结构两方面，提出保持并联机构自由度和方位特征不变而降低机构
耦合度的两个结构降耦原理，据此，进一步提出了基于设计混合支链的、基于运动副复合的、基于方位特征支链主动化的三
第５２卷第２３期
２０１６年１２月

机
械
工
程
学
报
Ｖｌｏ１．５２ＮＯ．２３
Ｄｅｃ．２０１６
ＪＯＵＲＮＡＬ０ＦＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
ＤｏＩ：１Ｏ．３９０１／ＪＭＥ．２０１６．２３．１０２
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎｅｏｆｔｈｅｄｉｉｃｆｕｌｔｉｓｓｕｅｓｉｓｔｏｄｉｓｃｏｖｅｒｔｈｅｍａｐｐｉｎｇｌａｗｓａｍｏｎｇｈｅｔｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓａｎｄｄｙｎａｍｉｃｓｏｆ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ．ＴｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｗｏｒｋｓｈｏｗｓｔｈａｔｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｕｐｌｉｎｇｄｅｇｒｅｅＣｎａｒｅｄｕｃｅｈｅｔｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｓｏｌｕｔｉｏｎｓｏｆｋｉｎｅｍａｔｉｃｓａｎｄｄｙｎｍｉａｃｓ，ｗｈｉｃｈｒｅｖｅａｌｓｏｎｅｏｆｈｅｔｒｅｌａｔｉｏｎｓａｍｏｎｇｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｉｓｒｔｉｃｓ，ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓａｎｄｄｙｎａｍｉｃｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅｈｏｗｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｕｐｌｉｎｇ — ｄｅｒｅｇｅｗｉｌｌｂｅｃｏｍｅａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｓｓｕｅｆｏｒｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆ
并联机构的结构降耦原理及其设计方法木
沈惠平朱小蓉尹洪波李菊邓嘉鸣
（常州大学现代机构学研究中心常州２１３１６４）
摘要：机构学的难题之一是寻找机构拓扑结构学与运动学、动力学之间的映射规律。前期研究表明，降低机构的结构耦合度可直接降低机构运动学、动力学求解的难度，这揭示了机构拓扑结构学与运动学、动力学之间的关系之一，因此，如何降低机构的结构耦合度已成为机构拓扑结构优化的重要内容，但目前国内外研究很少。研究并联机构的结构降耦原理、设计方法
中图分类号：ＴＨ１１２
ＰｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄＤｅｓｉｇｎＭｅｔｈｏｄｆｏｒＳｔｒｕｃｔｕｒｅＣ０ｕｐｌｉｎｇ－ｒｅｄｕｃｉｎｇ０ｆ
ＰａｒａｌｌｅｌＭｅｃｈａｎｉｓｍｓ
种结构降耦设计方法，并分别给出设计例子，得到相应的自由度和方位特征保持不变但耦合度降低的新机构，为其应用研究
提供了优选机型。提出的机构结构降耦原理与设计方法，适用于所有的复杂平面和空间平面。
关键词：并联机构；拓扑结构；拓扑结构优化；结构降耦；运动解耦；位置正解；运动学
ＳＨＥＮＨｕｉｐｉｎｇＺＨＵＸｉａｏｒｏｎｇＹＩＮＨｏｎｇｂｏＬＩＪｕＤＥＮＧＪｉａｍｉｎｇ
（ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＡｄｖａｎｃｅｄＭｅｃｈａｎｉｓｍＴｈｅｏｒｙ，ＣｈａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ２１３１６４）
ｍｅｃｈａｎｉｓｍｂｕｔｉｓｌｉｔｔｌｅｂｅｉｎｇｓｔｕｄｉｅｄＳＯｆｒ．ａＴｈｅｐｉｒｎｃｉｐｌｅ，ｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｅｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｕｐｌｉｎｇ — ｒｅｄｕｃｉｎｇ（ＳＣＲ）
ａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．ＡｃｏｎｃｅｐｔｏｆｔｈｅＳＣＲｉｓｄｅｉｎｆｅｄ．ＴｈｅｄｉｆｅｒｅｎｃｅｓｎｄａｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅＳＣＲａｎｄｍｏｔｉｏｎｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇａｒｅａｌｓｏｒｅｖｅａｌｅｄ．Ｆｒｏｍａｎａｌｙｚｉｎｇｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｂｏｔｈｂｒａｎｃｈｅｄｃｈａｉｎｉｔｓｅｌｆａｎｄｂｒａｎｃｈｅｄｃｈａｉｎｓｌａｙｏｕｔｂｅｗｅｔｅｎｔｈｅｍｏｖｉｎｇａｎｄｔｈｅｓｔａｔｉｃｐｌａｔｆｏｒｍｏｆｐｒａａｌｌｅｌｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｗｏｔｐｉｎｒｃｉｐｌｅｓａｎｄｔｈｒｅｅｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｈｅｔＳＣＲｒｅａｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｓｅｔｒｅｈｅｍｅｔｈｏｄｓｒｅａｈｙｂｉｄｒ