董成林 刘海涛 杨俊豪

1.中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，成都，6100412.天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室，天津，300354

0 引言

近年来，一类由三自由度1T2R(T表示平动，R表示转动)位置型并联机构和二自由度A/C转头组成的高性能五自由度混联机器人越来越受到工业界和学术界的关注。这类机器人在灵活性、可重构性，以及速度、精度、动态特性等方面，不同程度地继承或弥补了数控机床和关节型机器人的优点或不足，是两种装备技术结合的产物[1-2]。采用该类机器人搭建的机器人化加工装备正逐渐成为航空航天、核能、船舶等高端制造领域大型结构件现场短流程、高柔性、高效率制造的一种重要技术选择[3-5]。目前，这类高性能混联机器人的典型代表有Trciept机器人[6]、Exechon机器人[7]和TriMule机器人[8]等。

尺度综合是实现机器人本体工程设计的关键步骤，涉及根据运动学、静刚度或动力学等性能评价指标优化机构的尺度参数。长期以来，一些学者围绕机器人机构的尺度综合开展了大量的研究。基于运动学性能的优化设计是最为常用的方法之一。该方法一般以反映工作空间能力，以及关节与操作瞬时运动/力传递特性的指标作为目标函数和/或约束条件，以归一化的尺度参数为决策向量开展设计。所涉及的传递特性指标通常为采用雅可比矩阵的代数特征(行列式、条件数、奇异值等)来构造的各种局部和全域评价指标[9-12]。注意到仅当位姿耦合并联机构的雅可比矩阵具有齐次量纲时[13]，其代数特征才能作为正确评价机构运动性能的指标。……