附件C：譯文

一種新型三自由度混合機械手臂的設(shè)計

摘要 通過使用一種基于指數(shù)地圖集的被稱為參數(shù)統(tǒng)計最優(yōu)化的統(tǒng)計方法實現(xiàn)對一種新型三自由度混合機械手臂的參數(shù)最優(yōu)化。根據(jù)機械臂的運動學(xué)和力學(xué)分析提出并討論一些運動學(xué)和力學(xué)的性能評價指標。考慮裝配技術(shù)，建立一種以指數(shù)地圖集為基礎(chǔ)的三自由度混合機械臂的原型。這種新型的三自由度混合機械臂可以應(yīng)用到需要高剛度、低慣性和優(yōu)異技術(shù)能力的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。在一種已建成的新型六自由度混合人形機械臂中也是與一球形三自由度并行機械手所連接的。
關(guān)鍵詞 三自由度混合機械手臂，運動學(xué)分析，性能評價指標，參最數(shù)優(yōu)化

1 引言
機械臂包括串行、并行和混合結(jié)構(gòu)。串行機械臂具有移動靈活，工作區(qū)大等的優(yōu)勢。趙開發(fā)的TH1手臂，森田的溫迪手臂，ABB公司的IRB系列手臂。
并行機械臂擁有結(jié)構(gòu)簡單、慣性低和高有效負載能力的優(yōu)勢。瑞士的SIG公司開發(fā)的SIG XR22高速并聯(lián)機械手，黃建立的能高速移動的二自由度并行機械手和金提出的四自由度并聯(lián)機械臂。
混合機械臂，像高提出的七自由度混合機械手臂，擁有以上所有的優(yōu)點。
參數(shù)最優(yōu)化是機械臂設(shè)計的基礎(chǔ)，而要選擇出可以使機械臂表現(xiàn)良好的合適參數(shù)非常困難。因此，憑直覺和經(jīng)驗的參數(shù)最優(yōu)化遠遠不夠。目前，有單目標參數(shù)最優(yōu)化和多目標參數(shù)最優(yōu)化這兩種主要的方法。以前的目的在于單一性能的設(shè)計。蘇通過采用靈敏度作為目標函數(shù)最優(yōu)化了斯圖爾特平臺；李通過把工作空間作為目標函數(shù)來優(yōu)化一種三腿虛擬機械工具。這些方式?jīng)]有考慮到其它的性能。多目標參數(shù)最優(yōu)化同時采用幾個性能指標作為目標函數(shù)來對操作手的參數(shù)進行優(yōu)化。斯托頓通過選擇工作空間和靈敏度兩個性能指標作為目標函數(shù)使改良過的斯圖爾特平臺更優(yōu)化；梅爾萊特提出了一種在考慮工作空間的同時關(guān)心其它設(shè)計目標的優(yōu)化方法。陸利用遺傳算法最優(yōu)化了斯圖爾特平臺的參數(shù)。
根據(jù)人體的結(jié)構(gòu)特點，提出了一種新型的三自由度混合機械臂和它的基于指數(shù)地圖集的參數(shù)統(tǒng)計最優(yōu)化。首先，在運動學(xué)和力學(xué)性能分析的基礎(chǔ)上提出了一些運動學(xué)和力學(xué)性能評價指標和它的整體性能評價指標，也顯示了在工作空間的評價指標分布和指數(shù)地圖集。然后考慮裝配技術(shù)，通過使用基于指數(shù)地圖集的參數(shù)統(tǒng)計最優(yōu)化建立了一種三自由度混合機械臂的原型。它可以提供一個三自由度混合機械臂的應(yīng)用基礎(chǔ)。與以往串行機械手臂相比，目前使用的像提升手臂這樣的二自由度手臂并聯(lián)結(jié)構(gòu)，如圖1所示，它的兩個馬達是與固定部分連接在一起的，以減輕移動質(zhì)量。因此，機械臂擁有高的有效負載能力和更低慣性的優(yōu)勢，適合在人形機器人，精密拋光，航空，造船和汽車中使用。