具有两种平移特性的2T1R并联机构的设计与分析

蔡祥; 高波; 石志新

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.007

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具有两种平移特性的2T1R并联机构的设计与分析

设计计算 | 更新时间：2025-09-20

- 具有两种平移特性的2T1R并联机构的设计与分析
- Design and analysis of 2T1R parallel mechanism with two kinds of translation characteristics
- 机械传动 2025年49卷第9期页码：55-63
- 作者机构：
  
  1.湖北职业技术学院机电工程学院，孝感 432000
  2.新星职业技术学院机电工程系，新星 839000
  3.南昌大学先进制造学院，南昌 330031
- 作者简介：
  
  蔡祥，男，1997年生，河南新乡人，硕士；主要研究方向为智能优化算法、拓扑结构优化；975747835@qq.com。
  石志新，男，1979年生，湖北黄梅人，博士，教授；主要研究方向为机器人机构学、机电系统创新设计等；shizhixin@ncu.edu.cn。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(52165003)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.007
  中图分类号： TH112
- 收稿日期：2024-05-09，
  
  修回日期：2024-06-17，
  
  纸质出版日期：2025-09-15
- 稿件说明：
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蔡祥，高波，石志新. 具有两种平移特性的2T1R并联机构的设计与分析［J］. 机械传动，2025，49（9）：55-63.

CAI Xiang，GAO Bo，SHI Zhixin. Design and analysis of 2T1R parallel mechanism with two kinds of translation characteristics［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（9）：55-63.
蔡祥，高波，石志新. 具有两种平移特性的2T1R并联机构的设计与分析［J］. 机械传动，2025，49（9）：55-63. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.007.

CAI Xiang，GAO Bo，SHI Zhixin. Design and analysis of 2T1R parallel mechanism with two kinds of translation characteristics［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（9）：55-63. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.007.

摘要

目的

针对两平移一转动（2T1R）并联机构中实现曲线平移需要复杂算法曲线拟合的问题，设计了一种利用机构本身特性即可实现沿曲线平移的新型机构。

方法

首先，基于方位特征（Position and Orientation Characteristic

POC）集方程的并联机构设计理论，设计了一种具有符号式位置正解的2T1R并联机构，并对该机构进行方位特征集、自由度以及耦合度等拓扑性能分析；其次，基于拓扑结构运动学建模原理，完成了该机构的符号式位置正解方程、符号式位置逆解方程的构建，并通过具体数值计算验证了机构的正逆解方程的正确性；最后，使用Matlab软件对该机构的弯曲平移及平直运动两种平移特性进行了验证。

结果

结果表明，所设计机构在工作空间内同时具有平直运动和弯曲平移的移动特性，极大地简化了在实现弯曲平移方面的复杂程度及控制算法的难度。

Abstract

Objective

To address the issue that achieving curved translation in two-translation one-rotation （2T1R） parallel mechanisms requires complex curve-fitting algorithms

a novel mechanism capable of realizing curved translation by leveraging its inherent characteristics was designed.

Methods

Firstly

based on the parallel mechanism design theory of the position and orientation characteristic （POC） set equation

a 2T1R parallel mechanism with a symbolic forward position solution was designed. The topological properties of this mechanism

including its POC set

degree of freedom

and coupling degree

were analyzed. Secondly

following the kinematic modeling principles of topological structures

the symbolic forward and inverse position solution equations of the mechanism were derived

and their correctness was verified through numerical calculations. Finally

the curved translation and straight-line motion characteristics of the mechanism were validated using Matlab software.

Results

Test results demonstrate that the designed mechanism exhibits both straight-line and curved translation capabilities within its workspace

significantly simplifying the complexity of achieving curved translation and reducing the difficulty of control algorithms.

关键词

Keywords

references

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