针对医用手术器械臂操作范围受限的问题,提出了一种基于4RRRR⊥对称正交并联连杆机械臂冗余驱动的3自由度手术器械臂平台。采用矢量封闭环方法推导出平台运动学方程,并根据各杆位置约束,使用数值搜索的方法分析计算了该平台的工作空间。在此基础上,运用Matlab完成了该平台的运动学正逆解数值仿真,通过正解验证逆解算例表明,误差精度可达10-8数量级;同时,运用Adams进一步对平台运动学逆解进行仿真,验证了其正确性。在实体样机上进行了实验验证,实验数据表明,基于平台运动学方程控制的平台位置误差为±1 mm、姿态误差为±1°。仿真和实验表明,基于该并联机械臂驱动的机构作为手术器械臂位置调整平台,可有效拓展手术器械臂操作空间的动态调整范围;运动学方程也为该类冗余并联机构后续的动态控制方法研究提供了重要的参考依据。

研究了一种6自由度可移动冗余并联机构的奇异性与静力学性能及其定姿态实时优化设计。建立该并联机构的静力学雅可比矩阵,分析了该并联机构的奇异性、静力学性能指标。调节并联机构定平台腿部位置,使并联机构的静力学传递性能得到提高。绘制了基于雅可比矩阵的性能图谱,直观地观察并联机构在不同位置的静力学力和力矩的传递性能。通过分析可知冗余并联机构具有可以消除奇异的优点,同时通过调节腿部位置也大大提高了并联机构的静力学传递性能。