3-RSS/S是一种常见的少自由度并联机构,其运动学及力学性能被广泛研究。针对3-RSS/S并联机构的运动/力传递性能进行研究,使用旋量理论建立机构的数学模型,推导出机构的传递力旋量、输出运动旋量等参数;利用闭环矢量法得到机构的运动学逆解方程,通过数值算法计算逆解;采用能效系数法推导机构的运动/力输入、输出传递指标,定义机构的局部传递指标和优质工作空间;最后以平衡康复训练为应用背景,给出机构在两组参数下性能图谱。结果表明,数值算法能够判定逆解方程在某一构型下的唯一解;3-RSS/S并联机构各支链的运动/力输入传递指标只与各支链逆压力角的余弦有关;设计参数能够显著影响机构的局部传递指标,并从运动/力传递性能方面证明3-RSS/S适合用于平衡性康复训练。

本文提出了一种含可预紧虎克铰铰链的新型3-R2H2S并联机器人。在其结构简化和一阶影响系数矩阵分析的基础上,将二阶影响系数矩阵引入全域性能指标中。通过设置不同的结构参数,对3-R2H2S并联机构进行速度和惯性力指标分析,讨论了在可达工作空间内机构尺寸变化对机构性能的影响,并绘制相关指标的等高线性能图谱,得到了机构性能的最优组合。该方法为该类型机器人结构优化设计和机构性能分析提供了理论依据。

针对一种平面二自由度并联机构进行运动学分析,研究机构两类奇异位形的出现条件及奇异姿态,并全面讨论了机构两种运动学反解模型下存在的各种理论工作空间的形状及内接矩形面积的计算公式。通过一种量纲一化的参数模型,将机构运动学参数的无限设计空间转化为一个有限的设计面域,并绘制了最大矩形工作空间的性能图谱。利用该图谱,有效指导了机构运动学参数的优化设计。

提出一种新型并联仿生机械腿,对该机械腿结构进行了尺度综合和优化。建立了该机械腿的位置矢量模型,推导了该机械腿的位置反解和速度映射方程,得到了速度雅可比矩阵。建立了机械腿的空间评价指标和运动灵巧指标,采用空间模型技术分析了结构参数对机械腿工作空间评价指标和运动灵巧性指标的影响规律。结合加工与装配的工艺性,应用基于性能图谱的多目标概率参数优化法,选取了一组合理的结构参数,为仿生机械腿的静力学分析、动力学分析、刚度分析、轨迹规划和运动控制奠定了基础。