摘 要：本文提出了一種少自由度工業機器人構型綜合的理論方法。首先，根據給定的工作要求，研究分析期望機構的自由度類型。然后，通過分析約束螺旋系與幾何條件，得到機構中運動副螺旋與約束螺旋系的關系。最后，結合構型約束的幾何條件并考慮機構控制等方面的實際情況，對運動副螺旋進行線性組合并驗證機構的瞬時性，即可得到所期望自由度要求的機構構型。文中以自由度類型為2R3T 的工業機器人作為實例進行了闡述。

關鍵詞：工業機器人；構型綜合；螺旋系；瞬時性

1. 引言
      自由度少于六的工業機器人稱為少自由度工業機器人。少自由度工業機器人不能進行完全的空間位置定位和姿態調整，但是在某些特定的工作情況下，諸如弧焊、點焊、噴涂、搬運、涂膠作業等，少自由度已經能夠滿足工作要求，并且相對于六自由度甚至具有冗余自由度的機器人來說，少自由度工業機器人在構型設計和控制方面更具優勢。但是在實際應用中工業機器人的構型綜合卻依然停留在借助經驗進行設計，然后不斷試驗、改進的層面上。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機器人的構型綜合方法卻并未完全建立。
      目前，對于少自由度工業機器人的構型設計綜合則少有人做。除了經驗的方法，楊廷力等根據運動輸出特征方程和不同尺度類型的串聯機構的輸出特性，進行了串聯機構的拓撲結構綜合；再者便是一大批學者在進行并聯機器人設計時，按照串聯支鏈對動平臺提供的約束類型（純力、力偶和力螺旋）對串聯支鏈的結構類型進行了綜合，且稱之為螺旋理論支鏈法。
      隨著結構化環境工作情況對工業機器人需求的加大，使用少自由度機器人來完成工作已經成為趨勢。當前串聯機器人的發展方向上主要體現在新型機器人的推出以及機器人應用技術的豐富和發展，但少自由度串聯機器人構型的設計理論化、系統化則成為一個容易被忽視卻急待解決的問題。
      本文提出了少自由度工業機器人的構型綜合原理。首先根據給定的工作要求，研究分析期望機構的自由度類型。然后，將機構自由度以螺旋的形式表示，并找出所對應的約束螺旋系，運用螺旋理論的方法得到機構中運動副軸線與約束螺旋系的關系。最后，結合構型約束的幾何條件并考慮機構控制與構型等方面的實際情況，對運動副螺旋進行線性組合并驗證機構的瞬時性，即可得到所期望自由度要求的機構構型。文中以自由度為2R3T 的工業機器人作為實例對此原理進行了闡述。

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