基于方位特征集设计理论,提出一种动平台能实现三平移动一转动并联机器人机构。根据方位特征方程分析机构的拓扑结构特性,通过杆长约束条件建立运动学方程模型并完成正逆解分析,根据雅可比矩阵确定了发生奇异位形的运动条件。进一步研究了机构的动平台操作空间形状与转动灵活性,同时,根据单一变量法分析结构参数对操作空间的影响,建立操作空间最大化优化模型,运用搜索速度快、全局搜索能力强的天牛须搜索算法进行了尺度优化。结果表明,该机构具有较大的、几何形状规则的工作空间,转动能力强。优化后的尺寸参数为该操作手的应用设计提供了理论依据。

采用一种球坐标变步长迭代快速搜索算法，分析求解了一种3T1R并联机构的可达工作空间，并用天牛须搜索算法对其机构尺寸进行了优化设计。首先，对机构进行位置分析，得到其运动学逆解；然后，采用一种球坐标变步长迭代快速搜索算法求解得到了该3T1R并联机构的可达工作空间，并以工作空间体积大小为衡量指标，定量分析了并联机构各结构参数对工作空间体积的影响；最后，以工作空间体积最大值为目标，利用天牛须搜索算法对并联机构结构参数进行了优化，得到了最优值。该求解算法运算步骤少，求解速度快，为此类并联机构的实际应用提供了理论依据。