本文由Yajie Zhou、Jing Sun、Fengkui Zhang和Shihua Li共同撰写，发表于2022年8月的《Journal of Mechanical Science and Technology》第36卷第8期。研究团队来自燕山大学机械工程学院及河北省并联机器人与机电系统实验室。该研究提出了一种新型的弱耦合五自由度（5-DOF）柔性并联机构（Compliant Parallel Mechanism, CPM）的合成方法，旨在解决传统强耦合并联机构在运动独立性和结构复杂性方面的不足。

研究背景

柔性机构（Compliant Mechanisms, CMs）通过材料的弹性变形传递运动和载荷，具有零件数量少、无间隙、无需润滑、磨损小、可靠性高、精度高和结构紧凑等优点。这些特性使得柔性机构在生物工程、微机电系统（MEMS）、航空航天、激光通信等领域有广泛应用。然而，传统的强耦合并联机构在运动独立性和结构复杂性方面存在局限性，因此，弱耦合柔性并联机构的研究成为热点。

研究方法

本研究提出了一种基于构建块（Building Block）和自由度与约束拓扑（Freedom and Constraint Topology, FACT）方法的弱耦合柔性并联机构合成方法。具体步骤如下：

1. 自由度空间、约束空间和驱动空间的确定：通过可视化约束设计方法，确定了自由度空间（FS）、约束空间（CS）和驱动空间（AS）之间的关系。
2. 合成条件的确定：提出了两个合成条件，即共享柔性铰链的合成条件和弱耦合的合成条件。通过共享两个柔性块的柔性铰链，构建了无中间平台的新型弱耦合柔性并联机构。
3. 合成过程的描述：详细描述了新型弱耦合柔性并联机构的合成流程，包括柔性块的选择、共享柔性铰链的确定、弱耦合性能的判断等。

研究结果

通过提出的合成方法，研究团队成功合成了13种新型的5-DOF弱耦合柔性并联机构。这些机构具有结构简单、紧凑、易于控制和重量轻等优点，适用于指向、振动隔离和镜面调整平台等领域。具体结果包括：

1. 柔性块的合成：基于改进的FACT方法，合成了2R1T（两旋转一平移）和2T（两平移）柔性块，并通过共享柔性铰链将它们连接起来。
2. 弱耦合柔性并联机构的合成：通过共享柔性铰链，合成了新型的5-DOF弱耦合柔性并联机构，并通过有限元仿真验证了其正确性。
3. 自由度分析：通过有限元仿真，验证了合成机构的自由度和运动特性，证明了合成方法的正确性和合理性。

研究结论

本研究从机构创新的角度，提出了一种新型的弱耦合柔性并联机构合成方法。通过共享柔性铰链，成功合成了13种新型的5-DOF弱耦合柔性并联机构。这些机构具有结构简单、紧凑、重量轻和运动解耦等优点，适用于指向、振动隔离和镜面调整平台等领域。研究结果表明，所提出的合成方法具有简单、可视化和高效的特点，为柔性并联机构的设计提供了新的思路。

研究亮点

1. 创新性合成方法：提出了基于构建块和FACT方法的新型弱耦合柔性并联机构合成方法，解决了传统强耦合并联机构的局限性。
2. 新型机构的合成：成功合成了13种新型的5-DOF弱耦合柔性并联机构，丰富了柔性并联机构的配置。
3. 应用潜力：合成的机构具有结构简单、紧凑、易于控制和重量轻等优点，适用于多个领域，具有广泛的应用前景。

其他有价值的内容

本研究得到了国家自然科学基金（51775475）和河北省军民融合项目（2020b030）的资助。研究团队还感谢了相关领域的专家和同行对研究的支持和帮助。

通过本研究，柔性并联机构的设计和应用得到了进一步的拓展，为未来的研究提供了新的方向和思路。