针对传统并联机构结构复杂、位置分析困难、强耦合、不易控制等问题,设计了一种新型低耦合2T2R并联机构。首先,基于方位特征集理论对该机构进行了运动特性分析;然后,为将运动学方程维数降到最小,运用序单开链理论对该机构进行了合理分解和位置建模;最后,结合具体实例进行了分析验证。结果表明,该机构自由度为4,其动平台可实现两平移和两转动;耦合程度较低,具有运动输入—输出部分解耦性;位置方程简单,可解析求解。

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。

对人体下肢运动模型的研究是外骨骼机器人驱动和控制系统的核心内容之一,针对利用分段函数拟合踝关节运动模型时存在拟合过程复杂、模型高阶求导之后不连续等缺点,采用傅里叶级数拟合法建立踝关节在矢状面内平地行走运动模型,通过该方法获得的踝关节运动模型具有简洁、准确、无冲击等特点,而且该运动模型还具有高阶连续性和可导性。最后,通过实验验证该模型可以描述健康人体平地常速行走时踝关节运动特征;同时通过ADAMAS进行运动仿真,验证其用于外骨骼机器人的踝关节驱动的正确性。该运动模型研究为研究健康人体正常行走时踝关节运动特征提供了重要的理论依据,并为外骨骼机器人踝关节的驱动和控制提供了参考模型。

根据人体踝关节的运动生理特点和并联机构的特点,以单开链为单元,基于方位特征集理论,对三转动并联机构进行了型综合;结合踝关节的特点,优选出了一种能辅助实现人体踝关节运动的三转动并联机构,并对其进行了运动学分析。基于建立的逆解方程,利用Matlab进行数据求解,最后将所得数据作为驱动函数在Adams中对机构进行仿真分析,仿真结果验证了该并联机构的应用可行性,同时为后续的机构尺寸优化设计提供了理论基础。