可轮换用动平台的运动解耦三自由度并联机构拓扑设计与性能分析

来源：农业机械学报杂志2026年第1期北京时间：

作者：沈惠平，朱潇，李菊，孟庆梅，李涛，叶鹏达

单位：常州大学,常州大学,常州大学,常州大学,常州大学,常州大学,

摘要：首先提出一种可轮换用动平台的部分运动解耦三自由度并联机构，该类机构在工作过程的不同阶段可轮换使用两个不同的动平台以产生两平移一转动（2T1R）和三平移（3T）两种不同模式的输出运动，最终实现不同的工艺操作，可视为一种新的两模式输出运动机构。进一步，分析该三自由度并联机构在两种不同模式下的拓扑学、运动学与动力学性能，包括以方位特征（POC）、自由度（DOF）和耦合度（k）为内容的拓扑性能分析，基于其拓扑特征的机构符号式位置正反解的求解，基于位置正解的机构工作空间分析，以及基于位置反解的机构奇异位置分析；基于虚功原理序单开链法的机构动力学建模及其驱动力曲线的求解。然后，将可达工作空间作为优化目标，对机构的尺寸进行优化设计。最后，对该机构用作激光切割工艺的执行机构，并对2T1R和3T两种模式应用场景的概念设计进行阐述。本研究为可轮换用动平台的并联机构的设计、分析与潜在应用提供了理论依据，也拓展了多模式机构的概念、设计方法与应用范围。

关键词：并联机构;可轮换用动平台;拓扑设计;运动学分析;工作空间;优化设计

基金资助：国家自然科学基金项目（52375007)、江苏省产业前瞻与关键核心技术重点项目(BE2021016-2、BE2021016-4)和常州智能制造龙城实验项目（CJ20242061）