中文摘要：

由于奇异位形的影响，使并联机床的工作空间尤其是姿态空间非常小；由于铰链间隙和接触刚性问题，使得并联机床的精度和刚性受到影响。而工作空间小、精度和刚性不理想，是影响并联机床实用性的主要原因。本项目将深入研究并联机构的奇异超曲面及其与构型空间的关系，从理论上证明前人提出的各类奇异只是奇异超曲面上的特例，提出并联机构的奇异超曲面理论。在此基础上，研究为消除奇异而采取的冗余支链控制技术，实现跨构型空间工作，增大姿态空间。还将研究采用冗余支链后会减小铰链间隙影响，提高运动精度的机理；研究冗余支链对提高整机刚性的作用。此外，还将研究具有冗余支链并联机床的奇异分布特征，工作空间分析和综合方法，动力学模型和各支链干涉破坏条件以及其控制方法。最终研制出具有大姿态能力的、高刚性高精度并联机床原理样机，该样机在保持并联机床各项优点的基础上其姿态空间接近或达到串联结构机床的水平。

结论摘要：

本项目研究了冗余驱动并联机床的运动学、奇异、静动态特性等方面的关键技术，取得的成果包括提出了一种新型三自由度3PRS/UPS冗余并联机构，指出了这种机构用于加工中心双摆头、立式和卧式五轴机床的典型用途，该机构已经获得国家发明专利；建立了3PRS/UPS并联机床的静力学平衡方程和基于牛顿－欧拉法的动力学模型，采用广义逆法来优化机构驱动力，得到驱动力的最小2范数解。基于卡氏第二定理，得到了机构运动所需满足的变形协调方程。采用数值法得到了3PRS机构的奇异轨迹为空间二维曲面，根据不可控运动的节距来判断机构奇异性质。提出了在普通并联机构上增加冗余支链的一般原则和方法，分析了UPS冗余支链能够保证机构在各进动角方向偏转90 均无奇异位形产生。研究了影响并联机构姿态空间的因素为物理约束和奇异约束，并从这两个方面给出了扩大姿态空间的解决方案。基于最坏位姿点，提出了实现3PRS/UPS冗余并联机构在0 至360 的进动角范围内都能达到章动角为90 的设计方法。完成了工程样机的制作并对机床的姿态能力和刚度进行了实验验证。