摘 要：本文提出了一種少自由度工業(yè)機(jī)器人構(gòu)型綜合的理論方法。首先，根據(jù)給定的工作要求，研究分析期望機(jī)構(gòu)的自由度類型。然后，通過分析約束螺旋系與幾何條件，得到機(jī)構(gòu)中運動副螺旋與約束螺旋系的關(guān)系。最后，結(jié)合構(gòu)型約束的幾何條件并考慮機(jī)構(gòu)控制等方面的實際情況，對運動副螺旋進(jìn)行線性組合并驗證機(jī)構(gòu)的瞬時性，即可得到所期望自由度要求的機(jī)構(gòu)構(gòu)型。文中以自由度類型為2R3T 的工業(yè)機(jī)器人作為實例進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；構(gòu)型綜合；螺旋系；瞬時性

1. 引言
      自由度少于六的工業(yè)機(jī)器人稱為少自由度工業(yè)機(jī)器人。少自由度工業(yè)機(jī)器人不能進(jìn)行完全的空間位置定位和姿態(tài)調(diào)整，但是在某些特定的工作情況下，諸如弧焊、點焊、噴涂、搬運、涂膠作業(yè)等，少自由度已經(jīng)能夠滿足工作要求，并且相對于六自由度甚至具有冗余自由度的機(jī)器人來說，少自由度工業(yè)機(jī)器人在構(gòu)型設(shè)計和控制方面更具優(yōu)勢。但是在實際應(yīng)用中工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)型綜合卻依然停留在借助經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計，然后不斷試驗、改進(jìn)的層面上。雖然這也形成了某些可行的方案，但是普遍適用的少自由度工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)型綜合方法卻并未完全建立。
      目前，對于少自由度工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)型設(shè)計綜合則少有人做。除了經(jīng)驗的方法，楊廷力等根據(jù)運動輸出特征方程和不同尺度類型的串聯(lián)機(jī)構(gòu)的輸出特性，進(jìn)行了串聯(lián)機(jī)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)綜合；再者便是一大批學(xué)者在進(jìn)行并聯(lián)機(jī)器人設(shè)計時，按照串聯(lián)支鏈對動平臺提供的約束類型（純力、力偶和力螺旋）對串聯(lián)支鏈的結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行了綜合，且稱之為螺旋理論支鏈法。
      隨著結(jié)構(gòu)化環(huán)境工作情況對工業(yè)機(jī)器人需求的加大，使用少自由度機(jī)器人來完成工作已經(jīng)成為趨勢。當(dāng)前串聯(lián)機(jī)器人的發(fā)展方向上主要體現(xiàn)在新型機(jī)器人的推出以及機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的豐富和發(fā)展，但少自由度串聯(lián)機(jī)器人構(gòu)型的設(shè)計理論化、系統(tǒng)化則成為一個容易被忽視卻急待解決的問題。
      本文提出了少自由度工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)型綜合原理。首先根據(jù)給定的工作要求，研究分析期望機(jī)構(gòu)的自由度類型。然后，將機(jī)構(gòu)自由度以螺旋的形式表示，并找出所對應(yīng)的約束螺旋系，運用螺旋理論的方法得到機(jī)構(gòu)中運動副軸線與約束螺旋系的關(guān)系。最后，結(jié)合構(gòu)型約束的幾何條件并考慮機(jī)構(gòu)控制與構(gòu)型等方面的實際情況，對運動副螺旋進(jìn)行線性組合并驗證機(jī)構(gòu)的瞬時性，即可得到所期望自由度要求的機(jī)構(gòu)構(gòu)型。文中以自由度為2R3T 的工業(yè)機(jī)器人作為實例對此原理進(jìn)行了闡述。

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