张晓菊，张春友，吴晓强，于立波

(1.河套学院机电工程系，内蒙古巴彦淖尔015000; 2.内蒙古民族大学机械工程学院，内蒙古通辽028000; 3.郑州宇通客车股份有限公司，河南郑州450000)

0 前言

空间三自由度并联机构具有结构简单，经济成本低，运动精度高等优点。目前，并联机构的优化设计主要集中在工作空间、灵巧性、可操作度、各向同性、刚度等方面。近年来国内外许多学者对性能指标的研究越来越多，KUCUK等［1］采用遗传算法对三自由度并联机构灵巧性和可操作度进行了可行性设计研究;ZENG等［2］对三自由度并联机构3-PRUR进行了各向同性、速度性能、承载能力等进行了优化分析; JOSHI等［3］对三自由度3UPU和3UPS-UP并联机构的工作空间和全域条件数进行了优化比较分析;SICILIANO［4］基于可操作度对3-UPS-UP并联机构进行了尺度综合研究。

本文作者对三自由度 (两转一移)并联机构3-UPS-PU、4-UPS-PU的全域灵巧指标和全域刚度进行了优化设计与分析，利用粒子群优化算法对结构参数进行优化分析，最终得到性能指标在整个工作空间的最优Pareto解。结果表明，4UPS-PU冗余并联机构比3UPS-PU具有较好的灵巧指标和刚度指标。

1 机构模型的建立

1.1 3UPS-PU机构模型的描述

并联机构3UPS-PU由动平台、静平台及3条驱动分支和中间一条约束分支组成，如图1所示。动平台球铰铰点a1、a2、a3，a1a2a3为等边三角形，静平台胡克铰铰点A1、A2、A3，A1A2A3也为等边三角形，动静平台的外接圆半径分别为r、R。由于中间支链的约束，对动平台有3个运动约束;于是动平台有3个自由度，即绕X轴和Y轴转动和沿Z轴的移动。……