并聯(lián)機器人構(gòu)型的“GF集”理論.pdf

1、自然界存在兩種基本拓撲形式，即串聯(lián)拓撲和并聯(lián)拓撲。與串聯(lián)拓撲相比，由于并聯(lián)拓撲具有承載大、結(jié)構(gòu)緊湊、輸入輸出耦合等特征，因此并聯(lián)機構(gòu)在多種領(lǐng)域具有越來越多的應(yīng)用。在機器人領(lǐng)域，并聯(lián)機構(gòu)是長期關(guān)注的研究熱點，主要原因是并聯(lián)機構(gòu)是知識密集型機構(gòu)，其性能分析和綜合具有挑戰(zhàn)性。在并聯(lián)機器人的研究中，綜合問題包含兩個主要方面，即機構(gòu)型綜合和尺度綜合。在并聯(lián)機構(gòu)型綜合方面，如何建立構(gòu)型的性能評價指標(biāo)，是否存在機構(gòu)型綜合的定律和法則，如何根據(jù)定律和法

2、則求解出滿足給定性能指標(biāo)的并聯(lián)機構(gòu)，這些是本文要討論的核心問題。本文研究出第一類和第二類GF集的21種基本型，發(fā)現(xiàn)了兩個移動和轉(zhuǎn)動合成定律及三個推論，建立了GF集求交運算的5條性質(zhì)，導(dǎo)出10個定理和11個推理以及詳細的GF集求交運算法則，提出了設(shè)計支鏈的2個轉(zhuǎn)動軸線遷移定理，并應(yīng)用上述理論形成了基于GF集的并聯(lián)機器人構(gòu)型理論體系。具體研究內(nèi)容如下：
　　 1．研究了GF集的類型，根據(jù)機器人末端特征移動項對轉(zhuǎn)動項的影響將GF集分為

3、第一類GF集和第二類GF集，共21種基本型。其中第一類GF集包括1-6維共12種，第二類GF集包括1-5維共9種;
　　 2．發(fā)現(xiàn)了移動合成定律、轉(zhuǎn)動合成定律以及三個推論。兩個定律是建立GF集求交運算定理以及GF集求交運算法則的理論基礎(chǔ)；
　　 3．利用并聯(lián)機器人末端特征維數(shù)、支鏈數(shù)、主動支鏈數(shù)、主動支鏈上的驅(qū)動器數(shù)與被動支鏈數(shù)間的關(guān)系模型探討了并聯(lián)機器人末端維數(shù)與支鏈數(shù)等參數(shù)間的關(guān)系;
　　 4．分析了用于構(gòu)造

4、各種支鏈的平面轉(zhuǎn)動軸線遷移定理以及空間轉(zhuǎn)動軸線遷移定理。依據(jù)上述兩個定理可以構(gòu)造具有特定末端特征的機器人支鏈；
　　 5．根據(jù)GF集求交運算法則和前述關(guān)系模型，給出了末端特征的組合形式以及相應(yīng)的組合條件。通過具有特定末端特征的機器人支鏈，按照組合條件進行裝配，綜合了具有特定末端特征的并聯(lián)機器人；
　　 6．利用GF集理論，討論了人手以及螃蟹步行足的骨骼拓撲。另外，探討了人形機器人SJTU-HR1的構(gòu)態(tài)分類以及每個具體構(gòu)態(tài)