摘 要：本文提出了一種少自由度工業(yè)機(jī)器人構(gòu)型綜合的理論方法。首先，根據(jù)給定的工作要求，研究分析期望機(jī)構(gòu)的自由度類(lèi)型。然后，通過(guò)分析約束螺旋系與幾何條件，得到機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)副螺旋與約束螺旋系的關(guān)系。最后，結(jié)合構(gòu)型約束的幾何條件并考慮機(jī)構(gòu)控制等方面的實(shí)際情況，對(duì)運(yùn)動(dòng)副螺旋進(jìn)行線性組合并驗(yàn)證機(jī)構(gòu)的瞬時(shí)性，即可得到所期望自由度要求的機(jī)構(gòu)構(gòu)型。文中以自由度類(lèi)型為2R3T 的工業(yè)機(jī)器人作為實(shí)例進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；構(gòu)型綜合；螺旋系；瞬時(shí)性

1. 引言
      自由度少于六的工業(yè)機(jī)器人稱(chēng)為少自由度工業(yè)機(jī)器人。少自由度工業(yè)機(jī)器人不能進(jìn)行完全的空間位置定位和姿態(tài)調(diào)整，但是在某些特定的工作情況下，諸如弧焊、點(diǎn)焊、噴涂、搬運(yùn)、涂膠作業(yè)等，少自由度已經(jīng)能夠滿足工作要求，并且相對(duì)于六自由度甚至具有冗余自由度的機(jī)器人來(lái)說(shuō)，少自由度工業(yè)機(jī)器人在構(gòu)型設(shè)計(jì)和控制方面更具優(yōu)勢(shì)。但是在實(shí)際應(yīng)用中工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)型綜合卻依然停留在借助經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后不斷試驗(yàn)、改進(jìn)的層面上。雖然這也形成了某些可行的方案，但是普遍適用的少自由度工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)型綜合方法卻并未完全建立。
      目前，對(duì)于少自由度工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)型設(shè)計(jì)綜合則少有人做。除了經(jīng)驗(yàn)的方法，楊廷力等根據(jù)運(yùn)動(dòng)輸出特征方程和不同尺度類(lèi)型的串聯(lián)機(jī)構(gòu)的輸出特性，進(jìn)行了串聯(lián)機(jī)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)綜合；再者便是一大批學(xué)者在進(jìn)行并聯(lián)機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)，按照串聯(lián)支鏈對(duì)動(dòng)平臺(tái)提供的約束類(lèi)型（純力、力偶和力螺旋）對(duì)串聯(lián)支鏈的結(jié)構(gòu)類(lèi)型進(jìn)行了綜合，且稱(chēng)之為螺旋理論支鏈法。
      隨著結(jié)構(gòu)化環(huán)境工作情況對(duì)工業(yè)機(jī)器人需求的加大，使用少自由度機(jī)器人來(lái)完成工作已經(jīng)成為趨勢(shì)。當(dāng)前串聯(lián)機(jī)器人的發(fā)展方向上主要體現(xiàn)在新型機(jī)器人的推出以及機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的豐富和發(fā)展，但少自由度串聯(lián)機(jī)器人構(gòu)型的設(shè)計(jì)理論化、系統(tǒng)化則成為一個(gè)容易被忽視卻急待解決的問(wèn)題。
      本文提出了少自由度工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)型綜合原理。首先根據(jù)給定的工作要求，研究分析期望機(jī)構(gòu)的自由度類(lèi)型。然后，將機(jī)構(gòu)自由度以螺旋的形式表示，并找出所對(duì)應(yīng)的約束螺旋系，運(yùn)用螺旋理論的方法得到機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)副軸線與約束螺旋系的關(guān)系。最后，結(jié)合構(gòu)型約束的幾何條件并考慮機(jī)構(gòu)控制與構(gòu)型等方面的實(shí)際情況，對(duì)運(yùn)動(dòng)副螺旋進(jìn)行線性組合并驗(yàn)證機(jī)構(gòu)的瞬時(shí)性，即可得到所期望自由度要求的機(jī)構(gòu)構(gòu)型。文中以自由度為2R3T 的工業(yè)機(jī)器人作為實(shí)例對(duì)此原理進(jìn)行了闡述。

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