并联机构是组成并联机器人系统的核心构件。串、并联机构在刚度、精度以及运动能力方面形成优势互补,由于目前串联机构的发展迅猛,为共同壮大工业机器人的发展,故有必要设计研究出综合性能更好的并联机构。汽车工业的不断发展要求汽车零件间的安装精确性与可靠性,运动能力强、承载力高且精度高的并联机构可很好地胜任这一工作。本文以一种8-SPU的冗余并联机构为研究对象,分析其运动学性能、承载性能以及精度性能,从这三个方面进行综合尺寸优化,同时优化了驱动力,设计了具备最优综合性能的可用于汽车构件间焊接的并联机构。其主要内容如下:a)机构的运动学分析。介绍机构的组成并进行了自由度计算,解释了机构的冗余性。建立机构定、动坐标系,求出机构的杆长反解、速度反解以及加速度反解模型。用MATLAB对运动模型进行了数值仿真,由运动变化曲线得到了机构的运动学规律。用点搜索法求得机构的工作空间,得出了相关机构参数对工作空间体积的影响并使用粒子群优化算法优化了工作空间的比体积。b)机构的静刚度分析。使用虚功原理建立机构的全静刚度矩阵。分别求出机构的静刚度在三个移动和旋转方向的投影,求得在有无驱动力两种情况下的刚度映射图谱,得出了机构的刚度分布规律。以平均刚度和刚度矩阵的条件数为指标优化了机构的承载能力,分析并评价了刚度优化前后的对比情况。c)机构的精度分析。由极限知识推导出旋转矩阵的微分形式,然后建立了机构的误差模型和误差补偿模型,分别得出了机构的结构参数和位姿参数对误差的影响。由误差补偿模型验证了误差补偿效果,并通过变异粒子群算法优化了机构的位姿误差。d)机构的动力学分析及样机综合尺寸优化。使用凯恩方法建立机构的动力学模型并从能量的角度进行了驱动力优化。为得到更好的运动学、承载以及精度综合性能,使用多目标优化法对机构进行了综合尺寸优化,得到了具有最优综合性能的并联机构。分别用MATLAB和ADAMS对机构进行动力学数值仿真和虚拟样机仿真,两者结果显示了一致性,这从侧面说明了动力学模型的正确性。最后根据优化计算得到的尺寸搭建了并联机构样机以及控制平台。本文从运动学、静刚度、精度以及动力学方面对8-SPU并联机构进行了理论分析,为应用于汽车构件间焊接的并联机器人的分析与设计提供了一定的理论参考,在工业机器自动化领域具有一定的工程意义。