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并联机器人机构是末端执行器(动平台)通过若干条独立的支链与定平台相连的闭链机构。与串联机器人相比具有结构刚度大、承载能力强、运动精度高以及位置的反解简单和力反馈控制方便等诸多优点。与目前广泛应用的串联机器人在应用上构成互补关系,因而扩大了整个机器人的应用领域。国内外研发机构和学者对它的研究与开发给予了高度重视,做了大量的研究工作,取得了一系列的成果。 近几年来,少自由度并联机器人成为新的研究热点。因为这种机器人相对六自由度机器人具有结构简单、造价低、工作空间大等特点,在工业生产及其它领域有着更加广阔的应用前景。 由于并联机构具有工作空间小、工作空间里的奇异点多等缺点，需要对其进行优化设计。工程机械的优化设计问题大致可以分为三类：(1)机构运动学优化设计问题；(2)动力学优化设计问题；(3)其他优化设计问题。机构运动学优化设计问题是优化设计的基础，因此对于运动学优化设计一直是人们关注的研究课题。 本文研究一种少自由度并联机构的运动学优化设计。首先以3-US并联机构作为对象，对其进行运动学分析。这个机构具有3个自由度。本文研究在Z方向的平动自由度和绕X轴与Y轴方向的转动自由度。这个机构的特点是在Z方向上平动和绕X轴与Y轴方向转动的运动时，还伴生有其他自由度的运动。因此，这个机构的运动学分析比较复杂。求解运动学逆解时，不但需要求解驱动关节的角度，还需要求解其他三个非独立的末端执行器的位置参数。然后根据约束条件得到工作空间。根据现阶段并联机构在工程上的需求，尤其是并联机床方面，需要具有较大的倾角。这样在加工零件时，可以加工零件的每个面。因此，在本文中以这个少自由度并联机构的倾角作为新的优化目标。以逆向运动学、雅克比矩阵的奇异性、关节角度和速度增益等约束建立优化数学模型。相对于一些经典和现代的优化算法，由于微分进化算法具有较强的全局收敛能力和鲁棒性，选择微分进化算法作为优化算法对这个少自由度并联机构进行尺寸优化。最后利用Solidworks软件建立这个少自由度并联机构的模型进行仿真，验证了优化结果的有效性和微分进化算法的优点。