以一种两转动一移动非对称2UPS-UP并联机构为研究对象,对其进行了性能分析和尺度参数多目标优化。机构自由度由恰约束支链UP确定,即机构可实现绕该支链U副中心的两转动运动和沿P副的移动运动。给出正逆向位置符号解,且正逆解具有部分运动解耦特性,有利于后续误差分析、轨迹规划与控制。应用矢量法推导出速度表达式,根据速度Jacobian矩阵分析了机构奇异位形。以旋量代数为工具,给出了机构运动和力传递性能评价指标。在机构性能评价和工作空间分析的基础上,建立了机构尺度参数昂贵约束多目标优化模型,并采用多目标进化算法求解该问题,得到多组Pareto最优解。

含恰约束支链的两转动一移动2PUS-PU并联机构在约束方向无伴随运动,可有效降低控制难度。在机构拓扑结构特征分析的基础上,应用矢量法推导出机构位姿、速度和加速度方程。根据Jacobi矩阵奇异性,考察了机构可能存在的奇异位形。采用方位角和倾摆角描述末端执行器输出轴的姿态,并以机构运动/力传递性能评价指标为基础,给出规则传递姿态工作空间(Regular transmission orientational workspace,RTOW)定义和计算方法。以最大化RTOW半径为目标,建立机构尺度参数约束优化设计模型,并应用粒子群优化和差分进化算法求解机构尺度参数优化设计问题。最后,给出机构尺度优化设计实例。结果表明,模型和算法有效可行。

Exechon机床的并联模块为3自由度2UPR-SPR机构,是一种两转动一移动并联主轴头。将动平台输出轴设置为偏置形式,可提高姿态能力。采用0扭转角的倾摆—扭转角描述动平台姿态,建立机构位置反解数学模型。在此基础上,以局部传递指标(Local Transmission Index,LTI)为运动/力传递性能评价标准,分析机构优质传递姿态工作空间(Good Transmission Orientational Workspace,GTOW)和优质传递姿态能力(Good Transmission Orientational Capability,GTOC)。给出姿态能力分析实例,并绘制机构LTI,GTOW分布图和优质传递空间曲面。对比分析结果表明,偏置输出轴的GTOC优于正置情形,最佳偏置角对应的GTOC可达46°。