1、混联机构概述

目前，机器人的机构主要有串联机构和并联机构，混联机构是由多个串联机构和并联机构组合而成的，混联机构结合了串联机构和并联机构的优点，在汽车制造，航天事业，医疗机械方面都有广泛的应用。

在汽车制造方面，我们常看见的还是以串联机构为主的手臂机械，一个串联系统包含了许多的关节，每个关节控制着每个部分的操作，可以根据人们的不同要求，末端的执行器可以跟踪操作轨道内任何位置从而进行操作。通过它的特性可以看得出来它操作起来比较的灵活，而且工作空间比较大，对于被控对象的大小要求比较的低，同时，它也具有正向求解比较简单方便，所以广泛应用于各个领域。但是它的缺点也是显而易见，由于机构的关节数目多，导致驱动单元也增多，从而导致运动惯量比较大，不适用于精度比较高的器件和需求操作速度比较快的系统，同时串联机构还存在着承载能力低、关节误差累积和动力学性能差等缺点[5]，为了满足生产的要求，人们便设计了并联机构的机器人。

与串联机构相比，并联机构拥有多条运动链，其基座和运动末端之间具有环状的闭链约束，从而多条运动链同时操作运动末端，消除了关节误差的累积，而且使得并联机构具有承载能力强(刚度高)、运动惯量低、响应速度快及运动精度高等优点[6],但是并联结构也有一定的缺点，它的空间相对比较偏小，灵活性没有串联结构的好，不适合对象是体积比较大的器件。

混联机构结合了串联机构和并联机构，结合了两者的优点，同时也解决了串联机构精度不高，速度比较慢的问题。与此同时，解决了并联机构空间小和不灵活的缺点。由于混联机构集合了串联机构运动空间大，正向运动学容易求解以及并联机构刚度大、承载能力强的优点，因此，其发展和应用具有广阔的前景。

2、混联机构及其控制研究现状

随着社会的不断发展，大机械生产的数目也越来越多，各工厂也更加讲究的效率，所以，串联机构和并联机构也越来越不能够满足人们的需要，对于混联机构的研究，人们也越来越重视，也逐渐成为科学界研究的重点对象之一。

在20世纪90年代，混联机构的思想由英国的Jones提出的，然后逐渐进入人们的视野。目前，对于混联机构的研究也越来越多，国内外都取得了丰硕的成果。

对于国外而言，图1-10所示的德国DS-Technology公司生产的5自由度Exechon机器人[7]；图1-11所示的瑞典NeosRobotic公司生产的5自由度Tricept系列机器人[8]；图1-12所示的美国AdeptTechnology公司生产的5自由度AdeptQuattro机器人；图1-13所示的日本FANUC公司生产的FANUCRobotMiA机器人[9]。其中最为著名的非混联机构是Tricept系列混联机械手莫属了。

3条无约束主动支链(UPS)和1条恰约束从动支链(UP)组成，由于它的动态性能比较好，操作空间比较大，承载能力比较强等的优点，被业界认可度比较高并投入了大量于使用中，例如，空客、宝马等飞机、汽车制造商均将Tricept系列模块加入了其生产线中[10]。

在国内，也有许多的精力投入到了混联机构的研究中，西安理工大学与秦川机床股份有限公司联合研制出了六轴混联机床6PM2[11],由图1-14可以看出，该机床有串联机构和并联机构各三轴，该车床不适用于大型机械的加工运作，大多都是用来对小型器件的加工。齐齐哈尔二机床集团公司与清华大学合作开发了一种龙门式五轴联动混联机床XNZD2415，如图1-15所示，该机床的组成是基础龙门（二自由度的并联结构），自由度摆头两个，再加上工作台，实行的是五个轴的相互联系。