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实验室、先进装备摩擦学国家重点实验室）共同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。

学术背景

该研究属于机械工程领域，特别是机构学（Mechanism and Machine Theory）中的可展开结构和变胞机构（Metamorphic Mechanism）研究。现有的可展开机构和变胞结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点（Singularity）的变胞和轴对称并联机构的类型综合方法，通过局部自由度实现机构在展开和锁定状态之间的配置转换。研究的目标是通过数值方法综合出具有展开和锁定功能的变胞并联机构，并验证其运动学和动力学特性。

研究流程

研究流程分为四个主要步骤： 1. 螺旋分类：根据螺旋理论（Screw Theory）和线性代数理论，将螺旋分为13类，基于螺旋的类型及其与对称轴的位置关系进行分类。 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，并进一步计算出运动螺旋基。 3. 约束条件和奇异点的限制：根据所有转动副的约束条件和机构奇异点，通过组合运动螺旋基获得链上的运动螺旋。 4. 运动验证：通过施加位移微分，验证不同配置下的运动特性。

研究使用了MATLAB进行数值计算，并通过SolidWorks Motion对三种不同类型的机构进行了运动学和动力学分析，验证了其展开和锁定能力。

主要结果

1. 螺旋分类与运动螺旋基：通过螺旋理论，将螺旋分为13类，并推导出每种分类下的等效约束螺旋基。研究还通过线性代数理论，将螺旋基简化为等效的约束螺旋基。
2. 运动螺旋基的数值推导：通过螺旋理论，推导出分支链上的运动螺旋基，并通过约束条件筛选出满足条件的运动螺旋基。
3. 约束条件与奇异点的限制：通过约束条件和奇异点的限制，筛选出满足所有转动副约束条件的运动螺旋基，并通过位移微分验证了不同配置下的运动特性。
4. 运动验证与动力学分析：通过SolidWorks Motion对三种不同类型的机构进行了运动学和动力学分析，验证了其展开和锁定能力。结果表明，所设计的机构能够在展开和锁定状态之间自由切换，并且具有较高的承载能力。

结论

本文提出了一种基于奇异点的变胞和轴对称并联机构的类型综合方法，通过数值方法综合出具有展开和锁定功能的变胞并联机构。研究结果表明，所设计的机构能够在展开和锁定状态之间自由切换，并且具有较高的承载能力。该方法还可以通过改变螺旋分类和组合系数的限制，用于综合具有各种约束条件的镜像对称并联机构。该研究为简化可展开机构的设计提供了新的思路，具有广泛的应用前景，特别是在航空航天、医疗和探测领域。

研究亮点

1. 创新性：本文首次提出了一种基于奇异点的变胞和轴对称并联机构的类型综合方法，通过局部自由度实现机构在展开和锁定状态之间的配置转换。
2. 数值方法：研究采用了螺旋理论和线性代数理论，通过数值方法综合出具有展开和锁定功能的变胞并联机构，并验证了其运动学和动力学特性。
3. 应用价值：所设计的机构具有较高的承载能力，能够在展开和锁定状态之间自由切换，具有广泛的应用前景，特别是在航空航天、医疗和探测领域。

其他有价值的内容

本文还详细讨论了所设计机构在不同运动条件下的动力学特性，并通过SolidWorks Motion进行了仿真验证。研究结果表明，所设计的机构能够在展开和锁定状态之间自由切换，并且具有较高的承载能力。此外，本文还讨论了所设计机构在不同应用场景中的潜在应用，如航空航天、医疗和探测领域。