● 摘要
工作空间是柔索驱动并联机构的重要性能指标，本文将满足操作任务的力/力矩输出要求并具有特定几何形状的最大工作空间定义为柔索驱动并联机构的任务空间，研究任务空间的高效求解方法，并以此为基础，探讨柔索驱动并联机构综合优化设计方法。
由于任务空间是满足特定力/力矩输出要求的位姿点集合，本文首先研究了柔索并联机构在单个位姿点的力/力矩输出能力。提出了求解有约束和无约束最大输出力/力矩的算法并分析了其分布的几何性质。进而考查了单位姿点输出力旋量集合的几何性质，据此分析了柔索拉力上下限改变对输出力旋量集合的影响。最后，定义了机构在单个位姿点的最大各向输出力旋量，并以其为性能指标对iFeel6-BH1500和Spidar-G的力/力矩输出能力进行了对比。
在单位姿点分析的基础上，进一步讨论了柔索驱动并联机构的各向力/力矩输出能力在机架内部的分布规律，以及奇异位形对机构力/力矩输出能力的影响。应用Grassmann线几何理论给出了产生奇异位形的几何条件，据此分析了一类特殊空间机构的奇异位形，并分别给出了避免相应奇异位形的几何条件。
定义了柔索驱动并联机构的任务空间。针对四种典型的力/力矩输出要求，提出了机构在单个位姿点满足任务要求的条件，并结合实例对四种单点判别方法进行了对比分析。应用区间分析理论提出了求解机构任务空间的新算法。针对区间分析算法在空间细分精度较低时误差较大的问题提出了改进的区间分析法，并与离散法进行了对比分析。
最后，针对机构设计中必须综合考虑多种性能指标的问题，提出了柔索驱动并联机构的综合优化设计方法，将设计要求作为约束条件纳入设计过程，通过需求分析、初步构型设计和单/多目标优化来确定优化设计方案。并以力觉交互应用为背景，给出了6-DOF柔索驱动并联力觉交互设备的综合优化设计实例。
本文系统地研究了柔索驱动并联机构的力/力矩输出能力及任务空间求解问题，提出了综合考虑多种性能指标的优化设计方法，为柔索驱动并联机构的优化设计和选型提供了理论依据。