南京航空航天大学学报

作者：李新宇，尤晶晶，华洁，张毅，叶鹏达

单位：南京林业大学机械电子工程学院，南京 210037；,南京林业大学机械电子工程学院，南京 210037;重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室，重庆 400044；,南京林业大学机械电子工程学院，南京 210037；,南京林业大学机械电子工程学院，南京 210037；,常州大学机械与轨道交通学院，常州 213164；

关键词：并联机器人;冗余驱动;正运动学;奇异性;局部条件数

基金：国家自然科学基金（51405237）；江苏省大学生创新创业项目（202410298023Z）；高端装备机械传动全国重点实验室开放基金（SKLMT-MSKFKT-202330）。

冗余驱动能够帮助机器人越过奇异位形，但它能否提高机构的运动/力传递性能，尚无定论。鉴于此，首先，设计了一种冗余驱动4-转动副移动副转动副（Revolute-joint，prismatic-joint，revolute-joint，PRR）平面并联机器人，建立并解析求解了其正运动学方程。其次，根据尺度约束关系，推导并解析求解了杆长协调方程。根据位移求导法，推导了雅可比矩阵并分析了奇异位形。接着，借助于广义逆、分块矩阵等数学工具，求解了机器人的局部条件数指标（Local conditioning index，LCI）。最后，对比分析了4-RPR并联机器人与4种3-RPR并联机器人的正解特性、奇异位形和运动/力传递性能。结果显示，所设计的新型机器人的正运动学方程解的个数减少了一半，奇异位形更少，优质工作空间占比提升了1.15%~16.67%。这表明，4-RPR平面并联机器人更易于运动控制，且具有更优越的奇异性能，适合应用于3D打印、码垛等对灵活性要求较高的场景。

来源：2025年第3期

《南京航空航天大学学报》期刊编辑部

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