含恰约束支链并联机器人机构拓扑综合与可靠性研究

含恰约束支链少自由度并联机器人机构具有刚度高、动态性能好、可以消除不期望的自微运动、利于实现全闭环反馈控制等优点，具有重要的研究价值与推广前景。本项目以含恰约束支链2-4自由度并联机器人机构为研究对象，综合运用李群与微分流形理论、Pareto多目标优化算法、可靠性分析与稳健设计等方法，系统进行该类机构基于位移子群/子流形理论的构型综合、基于Pareto解的精英策略非支配排序遗传算法的多目标尺度综合，以及不完全概率信息下的机构可靠性稳健设计理论及方法等研究，建立面向任务需求、系统化的含恰约束支链少自由度并联机构模块的并/混联构型装备的集成设计技术体系及方法；并开展机电一体化半物理仿真试验平台系统的搭建技术与快速试验方法研究，结合具体应用进行样机试制与性能评价。该项目的研究将进一步拓展和丰富少自由度并联机器人机构的设计理论与方法，为提升高性能制造装备设计水平提供理论与技术支撑。

本项目面向机器人机构学国际学术前沿与国家发展高端装备的现实需要，以具有工程实用价值、含恰约束支链2-4自由度并联机器人为研究对象，提出面向服役环境的机构创新设计、多目标尺度综合、性能评价，以及考虑不确定因素的并联机构可靠性稳健设计优化方法与流程，建立面向任务需求、系统化的含恰约束支链少自由度并联机构模块的并/混联构型装备的集成设计方法，并将上述研究成果应用于几类工程实用并联机构的物理样机开发，为研发具有自主知识产权的并联构型装备奠定理论与技术基础。. 主要创新点及其主要研究进展包括以下几个方面： （1）运用李群与微分流形理论，综合出具有2-4自由度的含恰约束支链的并联机构模块基本构型，建立了基于位移子群/子流形的含恰约束链并联机构的构型综合方法，归纳了一种面向工程需求、含简式恰约束运动链的少自由度并联机构的构型综合方法与步骤；（2）基于Pareto多目标优化理论，提出面向服役环境的机构创新设计、多目标尺度综合及性能评价方法与流程，建立一种具高真实度数字样机支撑的自动化、可视化、流程清晰化的并联机构多目标优化新方法，构建基于多学科设计优化软件Isight的并联装备多目标优化设计平台；（3）提出并联构型装备确定性优化与可靠性稳健性设计一体化的新方法，建立考虑不确定性因素的含恰约束链并联机构的可靠性稳健设计方法，包括基于蒙特卡洛法建立机构运动可靠性的求解方法与模型，基于虚拟样机试验与BP神经网络建立并联机构输出误差预测模型，基于多学科设计优化软件Isight构建并联机构6-Sigma可靠性稳健设计方法及流程等；（4）在并联机构现有性能评价指标基础上，提出建立并联机构动力学灵巧性、驱动力/力矩均衡性等性能指标，以及机构最优工作区域的概念及具体计算、表达方法；（5）将上述方法运用于汽车柔性装配移动定位、盾构法施工管片拼装、汽车及零部件喷涂等装备样机的创新设计开发，并进行了运动学、动力学性能评价与性能实验，结果表明，本项目提出的技术方法具有较好的可行性。