一种运动可解耦的Stewart型并联机构的正运动学及奇异性

摘要

六自由度并联机构的正运动学方程非线性且强耦合，一般不具有符号式正解，不利于机器人的实时反馈控制。设计了一种在结构上弱耦合但在运动上可解耦的“7-4”式Stewart型并联机构，解析求解了正运动学方程和杆长协调方程，并开展了奇异性研究。基于“2-1”式运动链综合出六自由度“7-4”式Stewart型并联机构，并基于方位特征集理论，分析了机构的结构耦合特性。基于13个相容方程并运用四面体几何理论，提出了正运动学方程的一种解析求解算法，同时还证明出一般位形下实数解的个数为8（它们两两关于同一平面对称）。根据动球铰之间的几何约束关系，构建了杆长协调方程，研究发现，该方程也具有符号解。推导了机构的Jacobian矩阵，并分析了各种奇异类型。剖析了并联机构正运动学与奇异性之间的内在联系。

关键词

并联机构 / 正运动学 / 型综合 / 奇异性 / 运动解耦

基金资助

国家自然科学基金（51405237）; 高端装备机械传动全国重点实验室开放基金（SKLMT-MSKFKT-202330）