针对串联、并联两种基础构型在性能上对偶互补而不能综合发挥的问题,引入运动分岔机构,提出一种可实现串并联切换的全新混联构型,并以此设计了一款可重构双操作模式机械臂。介绍机械臂的结构组成,分析可重构臂部各构型下的自由度,运用旋量理论分析3-RSR/S并联基座的自由度特性。通过对臂部邻接构型约束螺旋系的对比,进行可行性分析。根据臂部不同模式下的运动特性,基于中枢模式发生器(CPG)的控制理论,可实现臂部的多模式控制和模式切换;通过仿真实验对臂部模式切换可行性进行验证,结果表明,设计方案合理可行,并进一步完成了实物样机模型的设计。该新构型是复杂先进装备创新研制方面的新尝试,可推广至工位性质较多的特殊工况作业。

以人机工程学原理与方法为依据,分析了人体腰关节的结构及运动特性;结合一种四杆运动限定机构,提出了一种能实现人体腰关节运动且具有运动分岔性的三转动混联机构的保健办公椅;并对其进行操作模式分析。结果表明,机构处于分岔奇异点时动平台瞬时自由度为3,此时采用冗余驱动的方法可将三转动模式转为两转动模式。最后,推导了混联机构在不同操作模式时的位置正解分析方程,结果证明,该机构具有完全解耦性。

为设计得到一种新型运动分岔并联机构,运用螺旋理论对其结构约束和运动模式进行分析,同时分析了输入选取。首先,研究了一种运动分岔单环闭链的运动特性,具有两种不同的单自由度转动和两自由度瞬时转动;其次,将运动分岔单环闭链与四自由度PPRR（P表示移动副,R表示转动副）串联支链相结合,得到一种具有无约束、存在一个约束力偶和一个约束力矢的3种不同结构约束的混联支链,并得到了混联支链在不同运动模式下的约束螺旋表达式;最后,利用3条相同的混联支链连接定平台和动平台,得到一种新型运动分岔并联机构,并讨论了其输入选取。研究结果表明,该运动分岔并联机构具有3T3R、3T、3R、2T1R和1T2R（T表示移动,R表示转动）共5种不同运动模式。