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六自由度三脚架并联平台机构的工作空间分析和优化设计 布鲁诺蒙萨拉特和克莱门特M.戈塞尔林，成员，IEEE 摘要 本文介绍了一类新的六自由度的空间并联平台机构. 该体系结构是由一个通过三个相同的五连杆运动链连接到基座移的动平台构成。最近的调查显示，这并联平台文遵循了一个工作空间分析和对并联机构的优化设计。更具体而言，就是把可能存在的的工业应用体系结构视为一种定位和定向在重负荷的装置，一种三维（3-D）定姿态工作空间机制体积最大化的优化方法第一次被提出。由于该机制具有作为一种运动基地的飞行模拟器的巨大潜力，所以在这里我们开发了计算和图形的离散化方法的耦合平移和一个新的表示转动自由度的工作空间。此工作区可以被定义为一种三维空间即当广义坐标和扭角在倾斜和扭转角的参数化是恒定的。然后第二程序为最大化对该第二子集的完整的工作空间体积。对于这两种方法，我们的目的是试图通过最大化相关的3-D笛卡尔机构优化设计一种自由区域的临界奇异轨迹。 关键词：设计，优化，并联机器人，奇异自由的工作区 绪论 由于其额定载重比，结构刚度，定位精度和动态性能的增加，在过去的30年中并联机构已被广泛的研究（见【28】一个对并联机器人的详细的评论）。此外，在过去的十年他们已经开始从制造商获得相当大的关注，寻找各种商业应用，如运动模拟器，铣床，装配单元，和许多其他人。然而，像此类机制的工业应用，包含了重荷载位移，大大提高了执行器的尺寸和固有的运营成本。这促使了并行体系结构可以是静态平衡的发展。如果它的潜在能量在所有可能配置的情况下均是恒定的，那么这种机制就是静态平衡，即零致动力/扭矩在任何时候配置时都要求机械手是静止的。作者在[ 18 ]，[ 19 ]，[34]，[?35]页首次提出空间六自由度（DOF）并联机器人的静态平衡。两个静态平衡方法被使用，即配重和弹簧。此外，[ 10 ]提出了一类空间并联平台机构的新颖的架构，适用于静态的平衡。运动链的具体形态是基座连接到移动平台（简称aslegsin本文），基于五杆联系和类似于文献[ 33 ]中使用，允许只用一个弹簧高效静平衡。在运动学参数中，保证了该类是静态平衡的充分条件。根据静平衡相关约束一个有三个相同腿的原型被设计在17（见图1）。该图说明了驱动方案选择的原型。 随后，该机构的运动学研究班在[ 9 ]。介绍了逆运动学分析公式和雅可比矩阵的表达在获得的一般形式。的封闭形式的表达式确定第二个案例驱动，即也奇异轨迹，为的情况下，在旋转角度垂直轴的两个端之间联系的角度平行四边形的各腿动作。此外，[ 29 ]最近提出的这个三条腿的6-DOF并联机构使用格拉斯曼线几何奇异性分析。在后者的参考，在一个非常紧凑的形式确定了雅可比矩阵利用虚功原理，并封闭形式的表达式得到的一个机构的奇异轨迹是什么驱动方案用于以前相同描述的原型。文献[ 21 ]和[ 22 ]给出了四条腿的小规模的原型设计，并讨论了对于静态平衡的六自由度并联平台机构的实际实施的关键问题。这些最近的作品还讨论了这样一个体系结构的运动学设计通过最大化的近似体积定姿态工作空间，定义为所有的位置，可以设置由一个参考点的移动平台当后者达到是保持在一个恒定的取向，工作空间的计算使用[13提出的几何方法]。 随后，当并联机构的运动综合进入实践，它出现的几种方法在文献中已经提出了。在第一种方法中，采用三个标准得到了最佳的特点，即：1）对称性的考虑；2）的最大化相关的工作空间体积；和3）的最小化以雅可比矩阵的条件数达到一个设计为接近母牛静态各向同性越好（[ 11 ]，[ 12 ]，16?24。对这些标准，结合一个全球的灵巧指数[ 14 ]最小化加权组合最近用[ 2 ]提高运动性能一种三自由度并联球面的触觉装置。有些作者还研究了空间并联机器人的工作空间要有规定量的参数设计。后者的设计准则是使用下面的实现主要的方法，即：1）在[ 5 ]和[ 6 ]利用遗传算法求解优化问题；2）在[ 27 ]通过求解一组设计参数，然后通过计算与腿的长度相关联的容许区域之间的合适的交叉点的逆运动学方程，的被动关节的运动范围，和腿部的干扰；3）由一组定义目标完成的工作在六维的点（六）的设计参数的最佳值是使用的直接和逆运动学的[ 7 ]分析制定和解决空间4）通过使用受限的优化方案，以确保工作空间是尽可能接近到一个指定的卷30?31。最佳的运动设计的另一个标准是一个并联机构的合成规定的工作区是自由的奇异性[ 32 ]。 图1三条腿6-DOF并联平台机构的静平衡的初始原型（建于[ 17 ]） 在本文中，我们解决的三条腿的参数设计静平衡的六自由度并联机构如图1所示。这个最初的版本的机制的设计考虑一个独特的标准，即，的静态平衡约束的实现。在可行的设计特性被确定，尽管如此，它出现的机构运动性能是不能令人满意的