柔索驱动并联机构国内外研究现状

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柔索驱动并联机构的理论研究柔索并联驱动机构的优点引起了世界各国学者的广泛关注，许多学者纷纷致力于这方面研究，并且获得了许多宝贵的、有历史性意义的成果。下面分别对其理论研究现状进行概述。 42485

（1）构型分类

柔索并联驱动机构整机的性能主要由机构的构型（柔索数目以及柔索和动、定平台的连接位置）来决定。到目前为止，针对柔索并联驱动机构的探讨、分析，各国学者们现已提出了多种构型，Roberts[6]主要将其分为完全约束和欠约束两种结构。其中完全约束（冗余驱动）是指电机驱动的柔索大于机构的自由度，而欠约束机构则是指驱动柔索等于或小于机构的自由度。论文网

（2）运动学

机构的运动学研究内容主要由运动学正解和反解（也称逆解）这两个部分组成。对于串联机构，从基座到最终的末端执行器是一系列运动关节依次连接而形成的开环运动链，其末端执行器的空间位姿由组成运动链的所有运动关节的运动输入决定。因此，针对运动关节的具体输入情况，末端执行器有且仅有一个的空间位姿，故对串联结构的来说，正解更简单。但对于并联结构的来说，运动学逆解比较简单，所以一般情况下并联结构的都采取运动学逆解进行分析。

Roberts[7]、Maier[8]以柔索驱动并联机构为研究对象，就机构的运动学反解问题进行了研究，提出了运动学反解表达式对于末端执行器的实际轨迹运动控制有影响；在不忽略柔索自身质量的前提下，Kozak[9] 同样以柔索驱动并联机构为研究对象，就运动学研究内容对自由度为3和6的目标对象进行了正解和反解两个方面的探究。

（3）动力学分析

郑亚青[10]、张波[11]、刘华生[12]分别针对一种8索6-DOF、7索6-DOF、3索2-DOF并联驱动机构，建立动力学模型并进行了分析；同样訾斌[13]学者以6索6-DOF并联驱动舱索为研究对象，利用牛顿欧拉法、拉格朗日法分别创建了该系统的动力学模型以及逆动力学模型，并且利用了系统的缩小模型进行试验，利用试验仿真证明了其建模理论的正确性。

（4）刚度分析

柔索并联机构的刚度在很大的程度上确定了整机承受载荷的定位精度，其刚度主要由机构具体的结构尺寸、柔索的张力及柔索本身的刚度、柔索跟末端执行器的位置连接这几部分决定。事实上，隋春平[14]等学者同样以柔索并联机构为研究对象，就静态刚度问题进行了研究论证，证明了上述理论的正确性；Verhoeven[15]、汤奥斐[16]分别以柔索并联机构为研究对象，一个针对大跨度非线性的条件，一个在不考虑柔索张力的情况下，经过研究分析得到了柔索并联机构完整刚度解析表达式；经过许多学者的试验仿真，我们知道了，以保持张力最小的方法来减小柔索下垂的程度，对机构的刚度影响非常的明显。Arsenault[17]以2-DOF悬索驱动并联机构为对象，在考虑柔索质量的情况下建立机构刚度矩阵，证明了该理论的正确性。

（5）工作空间

工作空间也是柔索并联驱动机构性能的主要参数之一，其求解方式主要有解析法和数值法两种。Stump[18]、郑亚青[19]利用矢量封闭原理，分别提出了4索、7索6-DOF驱动并联机构的边界表达式,对其可行工作空间进行了研究；Korayem[20]、Gouttefarde[21]、Cong Bang Pham[22]以力闭合方式分别研究了欠约束、8索6-DOF以及完全约束的柔索并联驱动机构的工作空间，验证其可行性。

柔索驱动并联机构的应用研究

（1）起重机

日本和美国最早制造出了柔索并联驱动机构样机。1988 年美国国家标准技术研究所研究设计了一种吊装的6索驱动的并联机构，用于大规模操作，之后Kawamura设计了抓取和放置功能[23]；郑亚青[24]、German[25]分别提出了一款可以替代现在的港口、码头上的轨道式起重机（也称吊车），解决大件物品搬运不易的柔索阵列机构。