本文介绍了一篇由Zhizhong Deng、Yuling Zhang和Shaoze Yan（清华大学机械工程系智能与生物力学系统研究室、先进装备摩擦学国家重点实验室）撰写的原创研究论文，题为《Type synthesis of metamorphic and axisymmetric parallel mechanisms using singularity for deployment and latch》。该论文于2023年7月21日发表在《Mechanism and Machine Theory》期刊上，文章编号为105441。

研究背景

现有的可展开机构和变结构机构通常通过额外的设计或接触力来实现锁定功能，但这些设计限制了工作空间和承载能力。本文提出了一种基于奇异性的变结构和轴对称并联机构的类型综合方法，利用局部自由度在展开和锁定状态之间切换。通过螺旋理论（screw theory）和线性代数理论，作者将类型综合过程分为四个数值步骤，并通过MATLAB计算了三种不同类型的运动。最后，通过SolidWorks Motion对这三种类型进行了运动学和动力学分析，验证了其展开和锁定能力。

研究流程

1. 螺旋分类：根据螺旋的类型及其与轴的相对位置，将螺旋分为13类。这些螺旋的分类为后续的数值计算提供了基础。
2. 运动螺旋基的计算：基于螺旋分类，推导出分支链上的约束螺旋基，并进一步计算出链上的运动螺旋基。
3. 约束条件和奇异性的限制：根据所有旋转对的约束条件和机构奇异性，从运动螺旋基的组合中得出链上的运动螺旋。
4. 运动验证：通过在运动螺旋上施加位移微分，验证不同配置的运动。

主要结果

通过类型综合，作者提出了三种不同类型的机构，分别用于不同的运动需求。这些机构在SolidWorks Motion中的运动学和动力学分析证明了其展开和锁定能力。具体来说： - 沿z轴的螺旋运动机构：该机构能够在展开和锁定状态之间切换，并通过局部自由度提供额外的约束。 - 沿x轴和y轴的旋转运动机构：该机构能够在多个方向上旋转，并在锁定状态下保持稳定。 - 沿x、y和z轴的旋转运动机构：该机构具有更高的自由度，能够在多个方向上旋转并实现锁定。

结论

本文提出的基于奇异性的变结构和轴对称并联机构的类型综合方法，成功地将展开和锁定功能集成到一个机构中。通过数值计算和仿真验证，证明了该方法的可行性和有效性。这种机构在航空航天、医疗和勘探等领域具有广泛的应用前景。

研究亮点

1. 创新性：本文首次提出了一种基于奇异性的变结构和轴对称并联机构的类型综合方法，成功地将展开和锁定功能集成到一个机构中。
2. 数值方法：通过螺旋理论和线性代数理论，作者将类型综合过程转化为数值计算问题，并通过MATLAB实现了自动化计算。
3. 应用价值：该机构在航空航天、医疗和勘探等领域具有广泛的应用前景，特别是在需要高承载能力和稳定性的场景中。

其他有价值的内容

本文还详细讨论了机构在锁定状态下的力学特性，并通过仿真验证了其在脉冲载荷下的稳定性。此外，作者还指出了未来研究中需要改进的地方，如增加锁定位置和多目标优化等。

总结

本文通过数值方法提出了一种新型的变结构和轴对称并联机构类型综合方法，成功地将展开和锁定功能集成到一个机构中。该研究不仅具有重要的科学价值，还在工程应用中具有广泛的应用前景。