题目：基于任务灵活性的脑外科机器人机构优化设计

脑外科机器人定位精度高、稳定性好，是脑外科手术发展的必然趋势，具有广阔的应用前景。脑外科机器人的刚度是影响脑外科机器人定位精度、运行稳定性的一个重要因素。本文针对提高北京航空航天大学机器人所研制的BH550脑外科机器人刚度的要求，从机构构型设计角度对脑外科机器人机构进行了设计与优化。本文主要研究内容如下： 首先，优化了现有BH550构型。将机器人刚度量化为机构臂长，在分析运动学参数对BH550机器人任务灵活工作空间影响的基础上，以机器人臂长最小为优化目标，进行了基于任务灵活性的机构优化设计，优化后尺寸缩小5.45%。这种分析与优化方法可用于机构选型。 其次，进行了串联改型设计与方案选型。对5R机器人机构型综合，选取一种后两个关节运动学参数与柱面坐标机器人（BH550）完全相同的球面坐标机器人，进行了运动学正反解、工作空间与灵活性分析与仿真。从运动学正反解、工作空间与灵活性、运动学参数对其工作空间影响等方面，对比分析了两类机器人，完成了构型选择，选取性能更好的BH550构型。 最后，针对上述优化现有构型与串联改型两方案很难进一步提高机器人机构刚度的问题，尝试了五自由度并联机器人设计。采用基于运动学与拓扑不变量的拓扑结构设计方法，选取一种3T2R并联机构，进行了逆运动学、工作空间与灵活性分析，并在分析运动学参数与关节限位对工作空间影响的基础上，进行了基于任务灵活性的机构参数优化设计。这种并联机器人设计与优化方法为同类型并联机器人实验装置的开发提供一些可借鉴的经验。