Topological design and analysis of a novel 2T1R parallel mechanism with symbolic position solutions and motion decoupling

GUO Yue; LI Ju; SHEN Huiping

doi:DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.005

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Topological design and analysis of a novel 2T1R parallel mechanism with symbolic position solutions and motion decoupling

Design·Calculation | 更新时间：2025-09-20

- Topological design and analysis of a novel 2T1R parallel mechanism with symbolic position solutions and motion decoupling
- Journal of Mechanical Transmission Vol. 49, Issue 9, Pages: 38-46(2025)
- 作者机构：
  
  常州大学现代机构学研究中心，常州 213164
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.005
  CLC：
- Received：13 May 2024，
  
  Published：15 September 2025
- 稿件说明：
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郭跃，李菊，沈惠平. 具有符号式位置正解且运动解耦的新型2T1R并联机构的拓扑设计与分析［J］. 机械传动，2025，49（9）：38-46.

GUO Yue，LI Ju，SHEN Huiping. Topological design and analysis of a novel 2T1R parallel mechanism with symbolic position solutions and motion decoupling［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（9）：38-46.
郭跃，李菊，沈惠平. 具有符号式位置正解且运动解耦的新型2T1R并联机构的拓扑设计与分析［J］. 机械传动，2025，49（9）：38-46. DOI： DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.005.

GUO Yue，LI Ju，SHEN Huiping. Topological design and analysis of a novel 2T1R parallel mechanism with symbolic position solutions and motion decoupling［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（9）：38-46. DOI： DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.005.

摘要

目的

两平移一转动（2T1R）并联机构因结构简单、成本低廉，展现出良好的工程应用潜力，但当前新型2T1R机构构型研发相对滞后，与1T2R机构的研究热度形成鲜明对比。为填补2T1R并联机构研究空白，基于方位特征（Position and Orientation Characteristic

POC）集理论，设计了一种纯低副构造的2T1R并联机构，以满足工程应用对机构性能的多样化需求。

方法

首先，运用拓扑分析方法系统地解析了机构拓扑结构，提炼关键拓扑特征；然后，基于拓扑特征构建了运动学模型，获得了机构符号式位置正、反解，并进一步求解了动平台速度与加速度；在此基础上，通过理论分析确定机构工作空间几何参数与奇异位形；借助动力学建模方法，求解了机构驱动力变化规律；最后，结合实际应用场景完成机构概念设计。

结果

研究表明，该纯低副2T1R并联机构不仅具备符号式位置正解特性，还可实现部分运动解耦，动力学性能优异。同时，其低成本、大操作空间的优势显著，为后续机构优化设计与工程化应用提供了参考与实践指导。

Abstract

Objective

The two-translation-one-rotation (2T1R) parallel mechanism shows good engineering application potential due to its simple structure and low cost

but the current research on new 2T1R mechanism configurations lags behind

contrasting sharply with the research enthusiasm for 1T2R mechanisms. To fill the research gap of 2T1R parallel mechanisms

a pure lower-pair constructed 2T1R parallel mechanism was designed based on the theory of position and orientation characteristic (POC) set to meet the diversified requirements of engineering applications for mechanism performance.

Methods

Firstly

the topological structure of the mechanism was systematically analyzed using topological analysis methods

and key topological features were extracted. Then

a kinematic model was constructed based on topological features

and symbolic forward and inverse position solutions of the mechanism were derived

followed by solving the velocity and acceleration of the moving platform. On this basis

the geometric parameters of the workspace and singular configurations of the mechanism were determined through theoretical analysis. The driving force variation law of the mechanism was solved by means of dynamic modeling. Finally

the conceptual design of the mechanism was completed in combination with practical application scenarios.

Results

The study shows that the pure lower-pair 2T1R parallel mechanism not only has the characteristic of symbolic forward position solution

but also can realize partial motion decoupling with excellent dynamic performance. Meanwhile

its advantages of low cost and large operation space are significant

providing reference and practical guidance for subsequent mechanism optimization design and engineering application.

关键词

Keywords

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