二自由度平面并联五杆机械臂结构

　　这款平面并联五杆机构的设计，最初是面向教学实验台搭建、小型工位精密搬运这类对平面内运动精度有要求的场景做的结构方案，区别于常见的串联开链机械臂，并联结构的闭链约束从根源上降低了关节累计误差，在小行程平面作业场景里的重复定位表现更稳定。从实际落地的用途来看，这类结构可以直接搭载在流水线侧方，完成小尺寸零件的平面分拣、工位间短距离转运，也可以作为教学演示载体，直观展示并联运动学的正逆解逻辑、关节耦合特性，给运动控制算法验证提供实体硬件基础。

　　设计阶段最先敲定的是运动自由度边界，两个主动关节布置在机构的固定基座端，也就是结构里靠近安装面的两个转动副位置，剩余三个关节为随动转动副，通过五根杆件的铰接配合，实现末端执行器在平面工作区间内的X、Y两个方向的位移输出，没有额外的转动自由度输出，刚好匹配平面内点位搬运、轨迹描画这类作业需求，避免冗余自由度带来的控制复杂度提升。杆件的长度参数是按照常规桌面级作业范围做的匹配，固定基座上两个主动关节的安装孔中心距控制在120mm，相邻主动关节连接的两根驱动杆长度设为180mm，中间连接的两根从动杆长度设为200mm，算下来末端的有效工作半径可以覆盖基座前方320mm范围内的扇形区域，安装时只需要保证基座安装面的平面度公差在0.1mm以内，两个主动关节的转动轴线保持平行且垂直于作业平面，就能避免运动过程中出现卡滞、杆件别劲的问题。

　　结构上所有铰接位置都采用了标准深沟球轴承做转动支撑，减少关节转动的摩擦阻力，降低长时间运行后的磨损量，杆件本身做了等强度设计，驱动杆和从动杆都采用矩形截面的铝合金型材加工，在保证杆件抗弯刚度的前提下尽可能降低自身重量，减少主动关节的驱动负载，主动关节端可以适配42系列法兰安装的伺服电机或者步进电机，电机输出轴通过联轴器直接和驱动杆连接，不需要额外的减速机构就能满足常规轻载作业的扭矩需求，整体结构的安装边界比较紧凑，基座的整体安装尺寸控制在200mm*100mm的矩形范围内，不需要占用太大的安装空间，不管是集成到小型自动化设备里还是单独作为实验机构使用，都不需要对原有工位做大规模改造。

　　从运动特性来看，这种五杆并联结构的逆运动学求解相对简单，控制逻辑容易落地，而且因为两个驱动电机都固定在基座上，运动部件的总重量比同行程的串联机械臂低30%左右，动态响应速度更快，在做高频次的往复点位运动时，末端的抖动幅度更小，适合对运动节拍有要求的轻载作业场景。设计过程中特意做了奇异位形规避，通过杆件长度的匹配，把机构的奇异位置排除在常规工作区间之外，正常作业范围内不会出现机构死点或者运动失控的问题，关节处的限位结构也做了隐藏式设计，不会额外增加机构的外形尺寸，同时能防止杆件运动超程造成的结构碰撞。

　　实际装配的时候需要注意，所有杆件的铰接孔中心距公差要控制在0.02mm以内，孔轴线和杆件端面的垂直度公差不超过0.01mm，不然装配后会出现关节转动不畅、运动精度下降的问题，末端执行器的安装接口做了标准的M4螺纹孔阵列，可以适配小型气动夹爪、吸盘、画笔这类不同的作业末端，不需要额外做转接件就能快速更换，适配不同的作业需求。