解耦并聯(lián)機構(gòu)

1、匯報人匯報人 解耦最初是控制系統(tǒng)中所使用的一個概念，即采用某種結(jié)構(gòu)或?qū)ふ液线m的控制規(guī)律來消除系統(tǒng)中各控制回路之間的相互耦合關系，進而使得輸入與輸出之間保持一一對應關系，即每一個輸入僅控制一個輸出，而每一個輸出也僅受到唯一一個輸入信號的影響。 雖然研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并應用具有解耦性質(zhì)的并聯(lián)機構(gòu)，但是針對并聯(lián)機構(gòu)解耦性的研究非常少，并聯(lián)機構(gòu)的解耦研究還未形成系統(tǒng)的理論，甚至，對“解耦”這個概念本身沒有形成共識。解耦的定義解耦的定義2001年，金瓊在其博士論文中提出并聯(lián)機構(gòu)解耦的定義，并提出了拓撲解耦并聯(lián)機構(gòu)構(gòu)型綜合的基本準則。若并聯(lián)機構(gòu)輸出構(gòu)件的運動輸出矩陣為：其中，第一行元素為動坐標系(附著于輸出構(gòu)

2、件)原點在固定坐標系(附著于固定平臺)下的坐標；第二行元素為動坐標系相對于固定坐標系的三個歐拉角；角度值為第i個主動輸入的廣義變量；M 為機構(gòu)的自由度。(1)如果機構(gòu)的每個輸出變量x、y、z、均為所有主動輸入1M的函數(shù)，則稱機構(gòu)的輸入輸出為強耦合關系，如下式第一項；(2)如果x、y、z、中某些輸出變量只是部分輸入變量1r ( r M)的函數(shù)，則稱輸出輸入為部分解耦，如下式的第二項，輸入與輸出變量間關系呈三角化形式；(3)如果輸出輸入變量間存在一一對應關系時，則稱為完全解耦，如下式的第三項。金瓊和楊廷力對解耦的定義、分類金瓊和楊廷力對解耦的定義、分類Mizyxiiiiii1,)()()()()(

3、)(),(),(),(),(),(),(212121212121MMMMMMzzyyxx),(),(),(),(),()(654321543214321321211zzyyxx)()()()()()(654321zzyyxx 2002年，文獻1把機構(gòu)的解耦運動定義為：機構(gòu)實現(xiàn)的一定范圍內(nèi)的運動，其對應旋量為簡單旋量(線距或旋量)，且在此運動過程中保持等價。2003年，文獻2同樣從這一觀點出發(fā)給運動解耦下了一個定義，如果兩個運動的運動螺旋均為簡單螺旋，且始終保持平行（對移動來說）或重合（對轉(zhuǎn)動來說），這兩運動就是解耦的。且依據(jù)解耦運動的范圍，文獻1還把機構(gòu)的解耦運動分為三種：點鄰域解耦、大范圍解

4、耦和全局解耦?；诼菪碚搶怦畹亩x基于螺旋理論對解耦的定義 高峰和李為民在其申報的多個解耦并聯(lián)機構(gòu)的專利中將解耦描述為：若并聯(lián)機構(gòu)的某方向的運動（移動或轉(zhuǎn)動）僅依賴于一個方向驅(qū)動單元的動作，而其他方向的驅(qū)動不影響該方向的運動，則稱之為并聯(lián)機構(gòu)的解耦。并將并聯(lián)機構(gòu)的解耦分為無條件解耦、有條件解耦和瞬時解耦三種情況。高峰和李為民對解耦的定義和分類高峰和李為民對解耦的定義和分類 2004年，Gosselin和Kong基于機構(gòu)的輸入輸出方程給解耦下了定義，解耦并聯(lián)機構(gòu)自由度解耦，并且單個輸出自由度僅有單個輸入量控制。這與高峰和李為民等定義的完全解耦相同。Gosselin和和Kong對解耦的定義對解

5、耦的定義2004年，Gogu基于機構(gòu)運動Jacobian矩陣對并聯(lián)機構(gòu)進行了分類。如果并聯(lián)機構(gòu)動平臺的速度為，驅(qū)動器的速度為，兩者之間的關系為：基于機構(gòu)的運動Jacobian矩陣，Gogu把并聯(lián)機構(gòu)分為以下四類： (1)如果在整個工作空間內(nèi)運動Jacobian矩陣J為對角矩陣，且對角元素相同，則稱該機構(gòu)為完全各向同性并聯(lián)機構(gòu)(fully-isotropic PM)； (2)如果在整個工作空間內(nèi)運動Jacobian矩陣J為對角矩陣，但對角元素并不相等，則稱該機構(gòu)為去耦并聯(lián)機構(gòu)(uncoupled PM)； (3)如果在整個工作空間內(nèi)運動Jacobian矩陣J為三角矩陣，則稱該機構(gòu)為解耦并聯(lián)機構(gòu)(

6、decoupled PM)； (4)若非上述三類，則為耦合并聯(lián)機構(gòu)(coupled PM)。2006年，張勇在其博士論文中提出了可約的概念，其實質(zhì)與解耦相同，只是包括了金瓊等提出的完全解耦和部分解耦；宮金良在2006年和2007年分別提出了動坐標系解耦和組解耦的定義，其定義的解耦均不是傳統(tǒng)意義上的解耦。Gogu對解耦的定義和分類對解耦的定義和分類TzyxzyxTvvvvVqJV解耦并聯(lián)機構(gòu)型綜合方法解耦并聯(lián)機構(gòu)型綜合方法基于支鏈驅(qū)動理論的解耦轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)的型綜合張帆和張丹針對解耦并聯(lián)機構(gòu)與串聯(lián)機器人的運動學相似性，提出了一種解耦球面轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)的支鏈驅(qū)動理論，將解耦并聯(lián)機構(gòu)首先分為基本運動支鏈

7、和驅(qū)動支鏈，并聯(lián)機構(gòu)的動平臺通過基本運動支鏈與基座相連，基本運動支鏈的自由度與所綜合的解耦并聯(lián)機構(gòu)自由度相同。并將基本運動支鏈中具有與機構(gòu)相同自由度的運動副稱為基本關節(jié)。第 （F為機構(gòu)的自由度）條驅(qū)動支鏈為第基本關節(jié)提供驅(qū)動力，并且第 條驅(qū)動支鏈與基本運動支鏈的第個基本關節(jié)形成封閉回路。在文獻中提出了解耦并聯(lián)機構(gòu)的支鏈驅(qū)動模型應滿足以下條件： (1)基本運動支鏈的自由度與解耦并聯(lián)機構(gòu)自由度相同，且基本運動支鏈內(nèi)基本關節(jié)相互正交； (2)第條驅(qū)動支鏈僅對第基本關節(jié)做功，第條驅(qū)動支鏈的自由度不少于基本運動支鏈第個基本關節(jié)的自由度之和。12,niF1 n解耦并聯(lián)機構(gòu)型綜合方法解耦并聯(lián)機構(gòu)型綜合方法

8、基于構(gòu)型演變和李群理論的型綜合方法范彩霞基于構(gòu)型演變和李群理論提出了一種解耦并聯(lián)機構(gòu)的綜合方法。構(gòu)型演變對于機構(gòu)的綜合是一種直接又實用的方法，其關鍵是基于合適的原型并聯(lián)機構(gòu)，然后可以通過多種方法，如改變分支的數(shù)目、變化運動副或驅(qū)動類型、轉(zhuǎn)變布局方式等，來獲得期望的新穎并聯(lián)機構(gòu)。其主要是將平面機構(gòu)轉(zhuǎn)化為空間并聯(lián)機構(gòu)，首先選取平面四桿機構(gòu)，然后取某一桿件作為輸出，并將該桿件末端的轉(zhuǎn)動副用虎克鉸替換，此時的輸出桿件延伸為一個平臺，最后增加一個或兩個分支連接固定平臺和輸出平臺，并運用李群理論綜合所增加支鏈的等價支鏈，將獲得的等價支鏈裝配到所進化的空間并聯(lián)機構(gòu)，為獲得期望的并聯(lián)機構(gòu)，所增加的分支必須滿足

9、特殊的幾何條件。解耦并聯(lián)機構(gòu)型綜合方法解耦并聯(lián)機構(gòu)型綜合方法 基于線性變換理論的型綜合方法基于線性變換理論的解耦并聯(lián)機構(gòu)的型綜合方法是Gogu提出的一種機構(gòu)型綜合方法，并用此方法綜合了多類解耦并聯(lián)機構(gòu)。其主要是通過描述并聯(lián)機構(gòu)動平臺與輸入關節(jié)速度之間的線性映射關系，來分析各個支鏈的末端件（動平臺）相對于首個構(gòu)件（定平臺）的運動，以確定每個支鏈的分支結(jié)構(gòu)，保證該機構(gòu)的輸入與輸出呈現(xiàn)一一對應的關系。解耦并聯(lián)機構(gòu)的研究現(xiàn)狀解耦并聯(lián)機構(gòu)的研究現(xiàn)狀強耦合并聯(lián)機構(gòu)的缺點： 運動學、動力學模型復雜，設計裝配困難，控制系統(tǒng)設計繁雜。隨著運動分支樹木的增多機構(gòu)的耦合性更強，其裝配越困難、運動精度也會下降。解耦并

10、聯(lián)機構(gòu)的優(yōu)點： 既繼承了并聯(lián)機構(gòu)的優(yōu)點，同時又具有結(jié)構(gòu)簡單、控制容易、安裝方便等特點，有助于拓展并聯(lián)機構(gòu)的應用領域。二轉(zhuǎn)動解耦并聯(lián)機構(gòu)二轉(zhuǎn)動解耦并聯(lián)機構(gòu) Carricato和Parenti- Castelli在其論文中提出了多種解耦并聯(lián)手腕機構(gòu)二轉(zhuǎn)動解耦并聯(lián)機構(gòu)二轉(zhuǎn)動解耦并聯(lián)機構(gòu) 2005年，Gogu基于線性變換理論綜合出了一類完全各向同性兩自由度轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，解耦是實現(xiàn)各向同性的前提，故Gogu在其論文中所綜合的機構(gòu)均為完全解耦并聯(lián)機構(gòu)二轉(zhuǎn)動解耦并聯(lián)機構(gòu)二轉(zhuǎn)動解耦并聯(lián)機構(gòu) 2006年，李為民、張建軍等先后在其專利中提出了兩種二自由度解耦球面并聯(lián)機構(gòu)二轉(zhuǎn)動解耦并聯(lián)機構(gòu)二轉(zhuǎn)動解耦并聯(lián)機構(gòu) 200

11、9年，范彩霞、劉宏昭等提出了一種新型完全解耦的二維轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)二移動解耦并聯(lián)機構(gòu)二移動解耦并聯(lián)機構(gòu) 曾達幸老師學生常威應用螺旋理論在其論文中綜合出多種移動解耦并聯(lián)機構(gòu) 二移動解耦并聯(lián)機構(gòu)三移動解耦并聯(lián)機構(gòu)三移動解耦并聯(lián)機構(gòu) 黃真和李秦川在其專利中首先提出了一種完全解耦的3-CPR三自由度移動解耦并聯(lián)機構(gòu)三移動解耦并聯(lián)機構(gòu)三移動解耦并聯(lián)機構(gòu) 2002年，Carricato和Parenti-Castelli在并聯(lián)機構(gòu)約束和奇異位形的基礎上，對移動解耦并聯(lián)機構(gòu)進行了綜合，并得出多種三自由度移動解耦并聯(lián)機構(gòu)。下圖為3-RPRP機構(gòu)三移動三移動解耦并聯(lián)機構(gòu)解耦并聯(lián)機構(gòu) Kong和Gosselin得出的解

12、耦的三自由度移動并聯(lián)機構(gòu)，3-CRR三移動三移動解耦并聯(lián)機構(gòu)解耦并聯(lián)機構(gòu) Kim和Tsai得出的解耦的三自由度移動并聯(lián)機構(gòu)，3-PRRR三移動三移動解耦并聯(lián)機構(gòu)解耦并聯(lián)機構(gòu) 李為民和高峰等提出的R-CUBE三自由度移動解耦并聯(lián)機構(gòu)三移動三移動解耦并聯(lián)機構(gòu)解耦并聯(lián)機構(gòu) 曾達幸老師學生常威應用螺旋理論在其論文中綜合出多種移動解耦并聯(lián)機構(gòu) 三移動解耦并聯(lián)機構(gòu)常威基于常威基于3-CUR 研制樣機研制樣機 對3-CUR進行位形優(yōu)化 虛擬樣機與樣機兩轉(zhuǎn)動一移動兩轉(zhuǎn)動一移動解耦并聯(lián)機構(gòu)解耦并聯(lián)機構(gòu)燕山大學竇玉超應用螺旋理論綜合出兩轉(zhuǎn)動一移動解耦并聯(lián)機構(gòu)PU-RCRR-CRRR，并對其進行運動分析和雅可比矩陣求解，奇異性分析參考文獻參考文獻張超-轉(zhuǎn)動解耦并聯(lián)機構(gòu)型綜合及新機型分析常威-移動解耦并聯(lián)機構(gòu)型綜合及樣機研制竇玉超-一種兩轉(zhuǎn)一移完全解耦并聯(lián)機器人機構(gòu)及其特