本文介绍了一项关于多模式并联机构（multi-mode parallel mechanism, PM）构型综合方法的研究，由燕山大学机械工程学院的xueyuan gao、fujuan li、xueyan han、xinwang liu和shihua li共同完成，并于2023年8月16日发表在《Journal of Mechanisms and Robotics》期刊上。该研究提出了一种基于可变自由度分支（variable mobility branch）的多模式并联机构构型综合方法，旨在通过分析可变自由度分支的运动特性，生成具有预期运动模式的多模式并联机构构型。

研究背景

多模式并联机构作为一种可重构的并联机构，能够在不同运动模式之间切换，具有灵活性高、功能多样、加工成本低和工作效率高等优点，广泛应用于制造、康复、航空航天等领域。然而，传统的并联机构构型综合方法并不适用于多模式并联机构，因为多模式并联机构的构型综合需要考虑运动模式切换等因素。现有的多模式并联机构构型综合方法大多基于特定的运动模式，缺乏通用性。因此，研究一种能够生成具有预期运动模式的多模式并联机构构型综合方法具有重要意义。

研究方法

本研究基于有限螺旋理论（finite screw theory）和位移流形（displacement manifold），提出了一种新的多模式并联机构构型综合方法。具体步骤如下：

1. 分析可变自由度分支的运动特性：首先，研究团队分析了现有可变自由度分支的瞬时运动和有限运动，并将其分解为可变自由度生成器（variable mobility generator）。通过分析这些生成器的运动特性，为后续的构型综合提供了理论基础。

2. 构建可变自由度分支：基于预期运动模式，研究团队构建了固定自由度分支和可变自由度分支的标准形式，并通过螺旋三角积（screw triangle product）的因子替换和位置变换定理，生成了多种分支构型。

3. 多模式并联机构的组装：根据预期运动模式，研究团队将固定自由度分支和可变自由度分支进行组装，生成了具有预期运动模式的多模式并联机构构型。

主要结果

通过该方法，研究团队成功合成了具有2T1R（两平移一旋转）和2R1T（两旋转一平移）运动模式的多模式并联机构。具体结果包括： - 可变自由度生成器的分类：研究团队提出了可变自由度生成器的概念，并将其分为串联连接和并联连接两类。通过分析这些生成器的运动特性，为多模式并联机构的构型综合提供了基础。 - 多模式并联机构构型的生成：研究团队合成了多种具有2T1R和2R1T运动模式的多模式并联机构构型，丰富了多模式并联机构的构型类型。

结论

本研究提出了一种基于可变自由度分支的多模式并联机构构型综合方法，具有以下创新点： 1. 方法的通用性：该方法不局限于特定的运动模式组合，能够根据预期运动模式生成多种多模式并联机构构型。 2. 可变自由度生成器的提出：研究团队首次提出了可变自由度生成器的概念，并通过有限螺旋理论和位移流形对其运动特性进行了详细描述，为多模式并联机构的构型综合提供了理论基础。 3. 新构型的生成：通过该方法，研究团队成功合成了具有2T1R和2R1T运动模式的多模式并联机构构型，丰富了多模式并联机构的构型类型。

研究意义

本研究不仅丰富了多模式并联机构的构型综合理论，还为实际工程应用提供了新的设计思路。通过该方法，工程师可以根据具体的运动需求，设计出具有多种运动模式的多模式并联机构，从而提高机械设备的灵活性和多功能性。

研究亮点

1. 创新性的构型综合方法：本研究提出了一种基于可变自由度分支的构型综合方法，突破了传统方法对特定运动模式的依赖。
2. 可变自由度生成器的提出：研究团队首次提出了可变自由度生成器的概念，并通过有限螺旋理论对其运动特性进行了详细分析。
3. 丰富的构型生成：通过该方法，研究团队成功合成了多种具有2T1R和2R1T运动模式的多模式并联机构构型，为多模式并联机构的设计提供了新的选择。

资助与致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号：52275032）、河北省自然科学基金重点项目（项目编号：E2022203077）和河北省重点研发计划（项目编号：202230808010057）的支持。

参考文献

本文引用了大量关于多模式并联机构构型综合和有限螺旋理论的文献，详细内容可参考原文中的参考文献部分。

通过本研究，多模式并联机构的构型综合理论得到了进一步丰富，为未来的机构设计和应用提供了新的思路和方法。