与串联机器人相比而言,并联机器人具有结构简单、运动精度高、承载能力强、制造成本低、易于驱动和控制等优点。因此广泛应用于航空航天、医疗仪器、精密设备、并联机床等诸多领域。近年来,在多位研究学者的共同努力下,并联机器人在构型创新、性能优化、控制技术等方面均取得了许多突破性成就,并且在国际上愈来愈受到重视,成为现代制造业领域的研究热点。本文以4-RUP_aR并联机器人为研究对象,针对其运动学、工作空间、尺度参数优化、轨迹规划5个方面展开研究工作。第一,采用单开链(Single opened chain,SOC)理论对4-RUP_aR并联机器人进行拓扑结构分析。主要包括:(1)确定并联机器人自由度数目及类型;(2)合理选定并联机器人驱动副;(3)计算并联机器人机构耦合度。利用坐标旋转矩阵,建立4-RUP_aR并联机器人运动学正、反解解析模型。以机构杆长作为约束条件,将运动学位置正解方程组转化为一维超越方程组,并利用差分进化(Differential evolution,DE)算法对所建立的运动学模型进行数值算例求解验证。数值算例表明,DE算法能够以较高效率求解出高精度位置正解。考虑并联机器人驱动转角限制、杆长限制等约束条件,本论文以位置反解为基础,建立其工作空间的求解模型。引入“点集”定义描述4-RUP_aR并联机器人工作空间。采用数值搜索法,搜索出所有满足所有约束条件的工作空间点集数。为了更为直观表达工作空间的大小和形状,在Matlab软件中进行可视化处理,绘制工作空间点云图。点云图像显示该并联机器人工作空间内部无空洞,具有较好的对称性。利用单一变量法分析了影响工作空间的尺度参数。第二,以4-RUP_aR并联机器人工作空间最大化为目标函数,以机构尺度参数作为决策变量,建立其尺度优化模型。采用DE算法求解该优化模型。优化结果表明,经优化后的尺度参数获得的工作空间,体积上有了显著增加。第三,对4-RUP_aR并联机器人动平台输出进行轨迹规划研究。利用3-4-5次多项式在操作空间内设定一条期望轨迹曲线。在预期轨迹曲线上取7个关键点,求解7个关键点的位置反解(即驱动角),再将每条支链的7个驱动角拟合为3-4-5-6-7次多项式曲线。以之作为输入,求解动平台轨迹曲线以及位移、速度和加速度。经Matlab仿真结果表明,动平台实际轨迹曲线不仅满足期望轨迹要求,且具有良好的运动性能。