<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing with OASIS Tables v3.0 20080202//EN" "journalpub-oasis3.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:oasis="http://docs.oasis-open.org/ns/oasis-exchange/table" dtd-version="3.0">
  <front>
    <journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher">MS</journal-id><journal-title-group>
    <journal-title>Mechanical Sciences</journal-title>
    <abbrev-journal-title abbrev-type="publisher">MS</abbrev-journal-title><abbrev-journal-title abbrev-type="nlm-ta">Mech. Sci.</abbrev-journal-title>
  </journal-title-group><issn pub-type="epub">2191-916X</issn><publisher>
    <publisher-name>Copernicus Publications</publisher-name>
    <publisher-loc>Göttingen, Germany</publisher-loc>
  </publisher></journal-meta>
    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.5194/ms-9-25-2018</article-id><title-group><article-title>Pa<inline-formula><mml:math id="M1" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> kinematic bond in translational parallel manipulators</article-title>
      </title-group><?xmltex \runningtitle{Pa${}^{{2}}$ kinematic bond in translational parallel manipulators}?><?xmltex \runningauthor{A. Hern\'{a}ndez et al.}?>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author" corresp="yes" rid="aff1">
          <name><surname>Hernández</surname><given-names>Alfonso</given-names></name>
          
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff1">
          <name><surname>Macho</surname><given-names>Erik</given-names></name>
          
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff1">
          <name><surname>Urízar</surname><given-names>Mónica</given-names></name>
          
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff1">
          <name><surname>Petuya</surname><given-names>Víctor</given-names></name>
          
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff2">
          <name><surname>Zhang</surname><given-names>Zhen</given-names></name>
          
        </contrib>
        <aff id="aff1"><label>1</label><institution>Department of Mechanical Engineering, University of the Basque
Country (UPV/EHU), Bilbao, Spain</institution>
        </aff>
        <aff id="aff2"><label>2</label><institution>Mechanical Engineering College, Tianjin University of Science and
Technology, Tianjin, China</institution>
        </aff>
      </contrib-group>
      <author-notes><corresp id="corr1">Victor Petuya (victor.petuya@ehu.es)</corresp></author-notes><pub-date><day>22</day><month>January</month><year>2018</year></pub-date>
      
      <volume>9</volume>
      <issue>1</issue>
      <fpage>25</fpage><lpage>39</lpage>
      <history>
        <date date-type="received"><day>16</day><month>May</month><year>2017</year></date>
           <date date-type="rev-recd"><day>2</day><month>November</month><year>2017</year></date>
           <date date-type="accepted"><day>18</day><month>December</month><year>2017</year></date>
      </history>
      <permissions>
        
        
      <license license-type="open-access"><license-p>This work is licensed under the Creative Commons Attribution 3.0 Unported License. To view a copy of this licence, visit <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/">https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/</ext-link></license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018.html">This article is available from https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018.html</self-uri><self-uri xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018.pdf">The full text article is available as a PDF file from https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018.pdf</self-uri>
      <abstract>
    <p id="d1e128">The Pa<inline-formula><mml:math id="M2" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> pair is composed of two intertwined articulated parallelograms
connecting in parallel two links of a kinematic chain. This pair has two
translational degrees of freedom leading to a translational plane variable
with the position. Currently, the Pa<inline-formula><mml:math id="M3" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> pair appears in conceptual designs
presented in recent papers. However, its practical application is very
limited. One of the reasons for this can be the high number of redundant
constraints it has. But, it has to be considered that most of them can be
eliminated by replacing wisely the revolute joints by spherical joints. On
the other side, the structure of the Pa<inline-formula><mml:math id="M4" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> pair contributes to increase the
global stiffness of the kinematic chain in which it is mounted. Also, its
implementation is a promising alternative to the problematic passive
prismatic joints. In this paper, the Pa<inline-formula><mml:math id="M5" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> pairs are used in the design of a
<inline-formula><mml:math id="M6" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">¯</mml:mo></mml:munder><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> parallel manipulator.
The potentiality of this design is evaluated and proven after doing the
following analyses: direct and inverse kinematics, singularity study, and
workspace computation and assessment.</p>
  </abstract>
    </article-meta>
  </front>
<body>
      

<sec id="Ch1.S1" sec-type="intro">
  <title>Introduction</title>
      <p id="d1e194">In the field of structural analysis of mechanisms, it is very common to work
with <inline-formula><mml:math id="M7" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:math></inline-formula> (revolute) joints, <inline-formula><mml:math id="M8" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:math></inline-formula> (prismatic) joints,
<inline-formula><mml:math id="M9" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:math></inline-formula> (cylindrical) joints, etc. which are mechanical connections
between adjacent elements permitting some degrees of freedom in their
relative motion. Nevertheless, the idea of kinematic joint or pair has always
been a more general concept than a simple mechanical coupling (Angeles,
2005). As an example, we can think about the <inline-formula><mml:math id="M10" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi></mml:math></inline-formula> (universal) joint,
in which the pair itself contains an intermediate moving element, the cross
shaft. This is the idea that underlies the kinematic joint named
<inline-formula><mml:math id="M11" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> joint (also known as <inline-formula><mml:math id="M12" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Π</mml:mi></mml:math></inline-formula> joint; Hervé and Sparacino,
1992), and other more complex pairs, that can be included in a further
generalized concept first termed by Hervé (1999) as liaison
cinématique in French or mechanical bond in English. Later on, Yu et
al. (2009) renamed this type of pairs, those that can be even formed by
closed-loop kinematic chains, as complex joints (CJs), group in which the
<inline-formula><mml:math id="M13" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> joint is included. In Yu et al. (2009), the authors present an
in-depth state of the art of these CJs and propose a new type classification
and mobility analysis for these special joints.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F1" specific-use="star"><caption><p id="d1e249">Delta Robot (three translations <inline-formula><mml:math id="M14" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M15" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M16" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018-f01.png"/>

      </fig>

      <p id="d1e293"><?xmltex \hack{\newpage}?>Regarding the <inline-formula><mml:math id="M17" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> joint, it consists of an articulated
parallelogram which permits a translational degree of freedom (dof), and it
is commonly used in the design of translational parallel manipulators
(Gogú, 2004). One of the first practical application of the <inline-formula><mml:math id="M18" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula>
joint was in the Delta translational manipulator (Clavel, 1988) designed by
Reymond Clavel for Pick &amp; Place operations. A similar architecture was the STAR
parallel manipulator, proposed by Hervé and Sparacino (1992) in which
this special kinematic pair was named as <inline-formula><mml:math id="M19" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Π</mml:mi></mml:math></inline-formula> joint. The CAPAMAN robot
designed by Ceccarelli and Ottaviano (2000) at the Laboratory of Robotics and
Mechatronics (Cassino) is also another practical example of a three dof
spatial parallel manipulator which incorporates an articulated parallelogram
in each leg. A 2-D version of the Delta robot, named the Diamond robot, which
also incorporated parallelogram linkages, was designed by Huang et al. (2004)
for quality inspection of rechargeable batteries. The robot named Par4
(Pierrot et al., 2009), which is an enhanced design of the prior H4 (Pierrot
and Company, 1999), incorporates the <inline-formula><mml:math id="M20" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> joint not only in the legs of
the manipulator but also in the special moving platform the authors termed as
the traveling plate, allowing for a rotational dof in the end-effector
without the need of a telescopic chain as occurs in the Delta design. Another
robot with pure translational motion incorporating the <inline-formula><mml:math id="M21" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> joint is
the Micro Finger (Arai et al., 1996), a 3 dof parallel platform intended for
manipulating micrometer size objects.</p>
      <p id="d1e332">We can find in the scientific literature more architectures formed by the
<inline-formula><mml:math id="M22" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> joint, such as the two Schönflies designs, the
<inline-formula><mml:math id="M23" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">RRPaR</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M24" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">PRPaR</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, proposed recently by Li et
al. (2013) or the translational parallel manipulator presented by Affi et
al. (2004), formed by three prismatic legs and two <inline-formula><mml:math id="M25" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> joint based
passive chains that eliminate the rotational capacity of the manipulator.
However, it is quite notable the limited use of double Pa joints, termed as
the Pa<inline-formula><mml:math id="M26" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> joint. The kinematic Pa<inline-formula><mml:math id="M27" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> joint is composed of two intertwined
articulated parallelograms which connect in parallel the two elements that
the joint links together. It possesses two translational dof that result in a
translational plane varying with the position. A design with a double
<inline-formula><mml:math id="M28" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> joint, named by the author as the <inline-formula><mml:math id="M29" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Π</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> joint,
was proposed by Angeles (2004). In the proposed design, the
<inline-formula><mml:math id="M30" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Π</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> joint consist of four in-parallel bars connecting the
fixed and moving platform with universal joints. This joint permits two
translational dof, where the moving platform traces a spherical translational
motion with respect to the fixed platform. Their kinematic characteristics
are equivalent to those of the Pa<inline-formula><mml:math id="M31" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> joint.</p>
      <p id="d1e431">The first clear proposal of designs including Pa<inline-formula><mml:math id="M32" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> joints is found in the
Doctoral Thesis of Oscar Salgado (2008), where two 4 dof parallel manipulators based on Pa<inline-formula><mml:math id="M33" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>
joints are investigated by means of Theory of Group of Displacements. Both
robots are formed by four kinematic chains, each one generating 5 dof, the
connection of all kinematic chains resulting in a Schönflies motion (3
translations and 1 rotation) in the moving platform. Some works related to
this Thesis can be found in Salgado et al. (2007) where a parallelogram-based
4 dof manipulator intended for aeronautical industry is presented, and in
Salgado et al. (2008) in which a new topology of 3T1R fully-parallel
manipulator intended for Pick and Place operations is proposed.</p>
      <p id="d1e452">With the purpose of evaluating the potential of a certain design of a
parallel manipulator including this type of <inline-formula><mml:math id="M34" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> joints, one of the
main steps is to assess the operational workspace the manipulator can reach.
This study is included in the last part of the present paper. As proposed in
Macho et al. (2008, 2013), a complete analysis of the
workspace requires the study of the singularity locus, as well as the
determination of the working modes and the singularity-free regions
associated with each working mode, so that an enlarged workspace can be
found. A general systematic procedure to obtain all the singularity-free
workspace regions in parallel manipulators, so that strategies to enlarge the
accessible workspace can be planned, is presented in Macho et al. (2009).</p>
      <p id="d1e462">The outline of the paper is the following. Firstly, a detailed description
of the kinematic characteristics and current usage of the <inline-formula><mml:math id="M35" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula>
joint will be introduced, and, based on that, the double <inline-formula><mml:math id="M36" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula>
joint, that is, the Pa<inline-formula><mml:math id="M37" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> joint, will be described.
Next, a complete kinematic analysis of a new manipulator designed using
Pa<inline-formula><mml:math id="M38" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> joints will be presented, the
<inline-formula><mml:math id="M39" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">¯</mml:mo></mml:munder><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> parallel
manipulator. This study includes the mobility analysis, the solution of the
direct and inverse position problems, the solution of the velocity problem,
the singularity analysis and the workspace computation. Finally, the main
conclusions will be presented.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F2" specific-use="star"><caption><p id="d1e519">Micro Finger manipulator (three translations <inline-formula><mml:math id="M40" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M41" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M42" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018-f02.png"/>

      </fig>

</sec>
<sec id="Ch1.S2">
  <?xmltex \opttitle{The ${\mathrm{Pa}}^{{\mathrm{2}}}$ kinematic bond in
translational\hack{\break} parallel manipulators}?><title>The <inline-formula><mml:math id="M43" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> kinematic bond in
translational<?xmltex \hack{\break}?> parallel manipulators</title>
      <p id="d1e583">The <inline-formula><mml:math id="M44" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> joint is based on a planar four-bar linkage in a parallel
configuration (or articulated parallelogram). As it is known, the four-bar
linkage is a one degree of freedom mechanism and in a general configuration,
the coupler element has an instantaneous rotation. However, in a parallel
configuration, its instantaneous center of velocity goes to infinity. In
this case, the coupler element moves following a permanent circumferential
translation.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F3" specific-use="star"><caption><p id="d1e595">Pa<inline-formula><mml:math id="M45" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> joint. Modelization and associated motion.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018-f03.png"/>

      </fig>

      <p id="d1e613">This is called the <inline-formula><mml:math id="M46" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> joint, which has been successfully used in
some translational parallel manipulators. Maybe, as pointed out in the
introduction, the best-known example is the Delta robot, shown in Fig. 1,
which is built from <inline-formula><mml:math id="M47" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">RRPaR</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> kinematic chains joining in a parallel
architecture the fixed frame and the moving platform. The <inline-formula><mml:math id="M48" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">RRPaR</mml:mi></mml:math></inline-formula>
kinematic chain has four degrees of freedom, three translations and one
rotation, that is, it is a Schönflies motion generator. One translation
comes from the <inline-formula><mml:math id="M49" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> joint, while the remaining three parallel
rotation axes (<inline-formula><mml:math id="M50" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M51" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M52" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in
Fig. 1) provide the final rotation and the other two translations.</p>
      <p id="d1e684">One of the main principles of the structural synthesis is the fact that in a
parallel manipulator the mobility of the moving platform is the intersection
of mobilities of the kinematic chains. This is the reason why in the Delta
robot the rotational degree of freedom is lost. Each chain allows just a
rotation around the direction of its parallel revolute joints. Since such a
direction is not the same in the three chains, no rotation of the moving
platform is possible when all chains are assembled.</p>
      <p id="d1e687">More than one <inline-formula><mml:math id="M53" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> joint can be combined in the same chain. As an
example, the Micro Finger parallel manipulator, shown in Fig. 2, is built
from three chains containing each one two <inline-formula><mml:math id="M54" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> joints serially
connected. This configuration provides at each chain two translational
degrees of freedom (<inline-formula><mml:math id="M55" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M56" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, that is, a plane
of translations. The kinematic chains of this example contain these double
<inline-formula><mml:math id="M57" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> joints and two parallel revolute joints (<inline-formula><mml:math id="M58" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M59" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which provide the third translation and an extra
rotational degree of freedom which is lost when all chains assembled in
parallel.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F4" specific-use="star"><caption><p id="d1e762"><inline-formula><mml:math id="M60" display="inline"><mml:mrow><mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">¯</mml:mo></mml:munder><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> kinematic chain.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=327.206693pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018-f04.png"/>

      </fig>

      <p id="d1e786">Finally, several <inline-formula><mml:math id="M61" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> joints can be connected in order to build the
Pa<inline-formula><mml:math id="M62" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> joint, which will be used in the translational manipulator of this
work. As it can be seen in Fig. 3a, it is constituted by two identical
<inline-formula><mml:math id="M63" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> joints
(<inline-formula><mml:math id="M64" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M65" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">II</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">II</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">II</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">II</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
which are parallel one to the other, and there is also a third <inline-formula><mml:math id="M66" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula>
in a crossed orientation,
<inline-formula><mml:math id="M67" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">II</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">II</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
connecting the previous ones. The axes of the revolute joints in the two
parallel <inline-formula><mml:math id="M68" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> have the same direction, while the axes in the
cross-linked <inline-formula><mml:math id="M69" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> are perpendicular to the previous ones. This
assembly has 2 dof and 8 redundant constraints.</p>
      <p id="d1e914">Taking into account the geometry of the resulting architecture, two imaginary
planes appear, the fixed plane <inline-formula><mml:math id="M70" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the coupler plane
<inline-formula><mml:math id="M71" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which are always parallel, Fig. 3b. This means that
the two dof are translational, like in the previously shown double
<inline-formula><mml:math id="M72" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula>, but in this case, instead of being planar, this translation is
spherical. The two parallel <inline-formula><mml:math id="M73" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> rotate an angle <inline-formula><mml:math id="M74" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:math></inline-formula> and the
crossed <inline-formula><mml:math id="M75" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> rotates angle <inline-formula><mml:math id="M76" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:math></inline-formula>, Fig. 3c. The equation
relating the coordinates of reference points <inline-formula><mml:math id="M77" display="inline"><mml:mi>A</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M78" display="inline"><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula> is:

              <disp-formula id="Ch1.E1" content-type="numbered"><mml:math id="M79" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        Or alternatively, given a reference system as shown in the figure:
<?xmltex \hack{\allowdisplaybreaks}?>

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M80" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E2"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          Next, the mobility analysis of two translational parallel manipulators
proposed by the authors which include the Pa<inline-formula><mml:math id="M81" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>
kinematic joint will be developed.</p>
<sec id="Ch1.S2.SS1">
  <?xmltex \opttitle{Mobility analysis in
$\mathrm{3-P}{\mathrm{Pa}}^{{2}}$ and
$\mathrm{3-C}{\mathrm{P}}^{{2}}\mathrm{R}$ Parallel Manipulators}?><title>Mobility analysis in
<inline-formula><mml:math id="M82" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">PPa</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M83" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">CP</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> Parallel Manipulators</title>
<sec id="Ch1.S2.SS1.SSS1">
  <?xmltex \opttitle{$\mathrm{3-P}{\mathrm{Pa}}^{{\mathrm{2}}}$
translational parallel manipulator}?><title><inline-formula><mml:math id="M84" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">PPa</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
translational parallel manipulator</title>
      <p id="d1e1221">The <inline-formula><mml:math id="M85" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">PPa</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> kinematic chain generates a
translational motion in space. Indeed, its corresponding kinematic bond is
the product of two translational kinematic bonds: one of dimension 1,
<inline-formula><mml:math id="M86" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and another of dimension 2, <inline-formula><mml:math id="M87" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math id="M88" display="inline"><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M89" display="inline"><mml:mi>v</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M90" display="inline"><mml:mi>w</mml:mi></mml:math></inline-formula> are three linearly
independent vectors which represent their associated translational
directions.</p>
      <p id="d1e1286">The resulting <inline-formula><mml:math id="M91" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> displacement is the product of both bonds:

                  <disp-formula id="Ch1.E3" content-type="numbered"><mml:math id="M92" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            Therefore, the displacement achieved in the end-effector of the
<inline-formula><mml:math id="M93" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">PPa</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> chain belongs to the subgroup <inline-formula><mml:math id="M94" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of translations in space.</p>
      <p id="d1e1364">By linking three identical kinematic chains to a moving platform we get a
displacement of this moving platform. This displacement or motion pattern
results from intersecting the displacements associated with each chain. That
is:

                  <disp-formula id="Ch1.E4" content-type="numbered"><mml:math id="M95" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">⋂</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:munderover><mml:msub><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            This yields again a translational displacement of dimension 3.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F5"><caption><p id="d1e1413"><inline-formula><mml:math id="M96" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">¯</mml:mo></mml:munder><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> parallel
manipulator.</p></caption>
            <?xmltex \igopts{width=241.848425pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018-f05.png"/>

          </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F6" specific-use="star"><caption><p id="d1e1443">The eight existing working modes.</p></caption>
            <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018-f06.png"/>

          </fig>

</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS1.SSS2">
  <?xmltex \opttitle{$\mathrm{3-C}{\mathrm{Pa}}^{{\mathrm{2}}}\mathrm{R}$ translational parallel
manipulator}?><title><inline-formula><mml:math id="M97" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">CPa</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> translational parallel
manipulator</title>
      <p id="d1e1475">The kinematic bond of the <inline-formula><mml:math id="M98" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">CPa</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
kinematic chain is the product of three kinematic bonds. The one
corresponding to the cylindrical pair is a kinematic bond of dimension 2,
<inline-formula><mml:math id="M99" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which includes a rotation around an <inline-formula><mml:math id="M100" display="inline"><mml:mi>A</mml:mi></mml:math></inline-formula> axis
and a translation in the direction of that axis. The one corresponding to the
Pa<inline-formula><mml:math id="M101" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> pair, <inline-formula><mml:math id="M102" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, has been previously described;
and the rotation of the last revolute pair is a bond of dimension 1, <inline-formula><mml:math id="M103" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which includes a rotation around a <inline-formula><mml:math id="M104" display="inline"><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula> axis.</p>
      <p id="d1e1556">Hence, the resulting <inline-formula><mml:math id="M105" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> displacement is the product of three
bonds:</p>
      <p id="d1e1570"><disp-formula id="Ch1.E5" content-type="numbered"><mml:math id="M106" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            Under the assumption that the translational directions are independent one
from another and, additionally, the rotational ones, then the displacement
generated in the end-effector of the
<inline-formula><mml:math id="M107" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">CPa</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> chain has dimension 5, 3T2R
three translations and two rotations. These displacements constitute a subset
of solid element displacements of dimension 6, <inline-formula><mml:math id="M108" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. However, it does not have group structure.</p>
      <p id="d1e1663">As before, by linking three identical kinematic chains to a moving platform
a displacement of this moving platform is achieved. This displacement or
motion pattern results from intersecting the displacements associated with
each chain. That is:

                  <disp-formula id="Ch1.E6" content-type="numbered"><mml:math id="M109" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">⋂</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:munderover><mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced></mml:mfenced><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            This yields again a translational displacement of dimension 3. This happens
because the planes that contain the rotational directions of each leg
intersect at one point, so that there is no rotational direction common to
the three legs of the manipulator. On the contrary, the three translations
of the legs are common to all of them and, thus, they remain in the motion
of the moving platform.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F7" specific-use="star"><caption><p id="d1e1729">Equivalent simplified manipulator.</p></caption>
            <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018-f07.png"/>

          </fig>

      <p id="d1e1738">In comparison to the previous manipulator, this design has six redundancies
less that the first one. As both manipulators have the same kinematics and
knowing that the <inline-formula><mml:math id="M110" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">PPa</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is composed of a
less number of joints, the constructive design is simpler in the
<inline-formula><mml:math id="M111" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">PPa</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> translational parallel manipulator,
which is the one that will be subsequently analyzed.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S3">
  <?xmltex \opttitle{The $\mathrm{3-}\underline{\mathrm{P}}{\mathrm{Pa}}^{{\mathrm{2}}}$ parallel
manipulator}?><title>The <inline-formula><mml:math id="M112" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">¯</mml:mo></mml:munder><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> parallel
manipulator</title>
      <p id="d1e1800">In references Hernandez et al. (2016a, b), a preliminary kinematic analysis
of the manipulator under study was presented, showing the potential this
manipulator has. As it will be shown in this section and subsequent ones, we
present here a reformulated kinematic analysis based on an equivalent
simplified manipulator. From this new formulation, a complete workspace and
joint-space analysis is accomplished by means of obtaining the set of working
modes and assembly modes, the singularity-free regions associated with each
of the assembly modes and the enlarged operational workspace.</p>
      <p id="d1e1803">In the proposed <inline-formula><mml:math id="M113" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">¯</mml:mo></mml:munder><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
manipulator, shown in Fig. 4, one translation is provided by the prismatic
<inline-formula><mml:math id="M114" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:math></inline-formula> joint and the remaining two ones by the Pa<inline-formula><mml:math id="M115" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> joint. The slider
goes along the direction of one Cartesian axis of the global reference frame
and the home position of the Pa<inline-formula><mml:math id="M116" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> is set as the pose having all links
perpendicular among them, as it is shown in Figs. 3a and in 4a. The <inline-formula><mml:math id="M117" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> link
of the moving platform is normal to the coupler plane of the Pa<inline-formula><mml:math id="M118" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>. The
dimensional parameters are just the lengths <inline-formula><mml:math id="M119" display="inline"><mml:mi>L</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M120" display="inline"><mml:mi>l</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The coordinates of
point <inline-formula><mml:math id="M121" display="inline"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula> are the output variables, while the distance <inline-formula><mml:math id="M122" display="inline"><mml:mi>s</mml:mi></mml:math></inline-formula> from the prismatic
slider to the origin is the input variable. The closure loop equation
relating all parameters can be obtained in a very simple way particularizing
Eq. (1) for this case. Considering a vertical leg, as shown Fig. 4b:</p>
      <p id="d1e1899"><disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M123" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E7"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          As it can be seen in Fig. 5, it has been chosen a configuration for the
manipulator based on three identical chains with the <inline-formula><mml:math id="M124" display="inline"><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula> sliders along the
three Cartesian axes of the global reference system (the three sliding
directions intersecting at the origin <inline-formula><mml:math id="M125" display="inline"><mml:mi>O</mml:mi></mml:math></inline-formula>).</p>
      <p id="d1e2049">To solve any kinematic problem, the first step is to pose the position
equations system of the assembled manipulator:

              <disp-formula id="Ch1.E8" content-type="numbered"><mml:math id="M126" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mfenced close="" open="{"><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>ec</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>ec</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>ec</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="Ch1.S4">
  <title>Position problem</title>
      <p id="d1e2300">The system of closure loop equations of the three chains contains the input
and output variables and is used to solve the position problem.</p>
      <p id="d1e2303">The different solutions of the inverse position problem, which are also
called working modes of the manipulator, are found in an easy way because
they are decoupled. Given the coordinates of the coupler point <inline-formula><mml:math id="M127" display="inline"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula>, each
chain can have independently two different positions, or values of its input
variable.

              <disp-formula id="Ch1.E9" content-type="numbered"><mml:math id="M128" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mfenced close="" open="{"><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>±</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>±</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>±</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        Combining these two solutions for the three chains the manipulator presents
a total of eight working modes. In Fig. 6, <inline-formula><mml:math id="M129" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M130" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>
denote the positive or negative sign of the square root involved in
Eq. (9).</p>
      <p id="d1e2519">On the contrary, the direct position problem is not so decoupled. To solve
this problem, some algebraic manipulation on this
Eq. (8) is required, to eliminate, for example, the
output variables <inline-formula><mml:math id="M131" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M132" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
and achieve the univariate polynomial in the output variable
<inline-formula><mml:math id="M133" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. A quadratic polynomial is obtained, whose
coefficients depend on the input variables, <inline-formula><mml:math id="M134" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M135" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M136" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>:

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M137" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi>a</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E10"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mfenced><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">23</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          Where:

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M138" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">23</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">31</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">31</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">23</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">31</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">23</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">23</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">31</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E11"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F8"><caption><p id="d1e3046">Theoretical workspace.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=204.859843pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018-f08.png"/>

      </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F9" specific-use="star"><caption><p id="d1e3058">Real workspace.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018-f09.png"/>

      </fig>

      <p id="d1e3067">In this process, the values of the output coordinates
<inline-formula><mml:math id="M139" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M140" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as functions of
inputs and <inline-formula><mml:math id="M141" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are also obtained. Once
<inline-formula><mml:math id="M142" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is obtained, the remaining output
variables yield:
<?xmltex \hack{\newpage}?>

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M143" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E12"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          Obviously, for given values of the inputs there are two solutions of the
direct problem, also called assembly modes. The final solutions of the
direct position problem are:</p>
      <p id="d1e3310"><disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M144" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>±</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">23</mml:mn></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>±</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">31</mml:mn></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E13"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>±</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          Being:

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M145" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E14"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          Kinematic problems can be solved in an easier way making use of a simplified
equivalent manipulator, shown in Fig. 7. To understand better the
transformation, first an intermediate schematic representation is done,
Fig. 7b, where each Pa<inline-formula><mml:math id="M146" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> joint is depicted as a single bar of the same
length <inline-formula><mml:math id="M147" display="inline"><mml:mi>L</mml:mi></mml:math></inline-formula> with spherical joints. Next, the moving platform is merged into
a single point <inline-formula><mml:math id="M148" display="inline"><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula>, making null the length <inline-formula><mml:math id="M149" display="inline"><mml:mi>l</mml:mi></mml:math></inline-formula>, resulting in the
<inline-formula><mml:math id="M150" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">¯</mml:mo></mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">SS</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> parallel manipulator, Fig. 7c.
This process implies that each bar <inline-formula><mml:math id="M151" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is translated to its new equivalent
position <inline-formula><mml:math id="M152" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> a magnitude <inline-formula><mml:math id="M153" display="inline"><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> along the direction of its slider, as
shown in Fig. 7d.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F10" specific-use="star"><caption><p id="d1e3713">Direct singularity locus in the joint-space</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018-f10.png"/>

      </fig>

      <p id="d1e3722">Since the directions of bars of the
<inline-formula><mml:math id="M154" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">¯</mml:mo></mml:munder><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> manipulator and those of
the <inline-formula><mml:math id="M155" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">¯</mml:mo></mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">SS</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are always parallel, from
a kinematic point of view both are fully equivalent, this is, both have the
same solutions and singularities. The relations between the input and output
variables of the real and the simplified manipulator are:

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M156" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E15"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          Then, for example, for the kinematic chain with vertical sliding
direction:<?xmltex \hack{\newpage}?>

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M157" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E16"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          Using the equivalent manipulator, the solutions of the direct position
problem are obtained from:

              <disp-formula id="Ch1.E17" content-type="numbered"><mml:math id="M158" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mfenced close="" open="{"><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        Then, the quadratic univariate polynomial in <inline-formula><mml:math id="M159" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the values of
<inline-formula><mml:math id="M160" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M161" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are:

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M162" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mfenced><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E18"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mfenced><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E19"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          And finally:

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M163" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E20"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          Where:

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M164" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E21"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F11" specific-use="star"><caption><p id="d1e5107">Singular posture. All legs parallel to a plane (two different
views).</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=327.206693pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018-f11.png"/>

      </fig>

</sec>
<sec id="Ch1.S5">
  <title>Workspace</title>
      <p id="d1e5123">To end with the position analysis the workspace of the manipulator is
presented. Considering the position equations as they have been obtained,
each chain theoretically generates a cylinder parallel to the sliding
direction of the prismatic joint. Then, the theoretical workspace would be
the intersection of three mutually perpendicular cylinders, as shown in
Fig. 8.</p>
      <p id="d1e5126">Nevertheless, the Pa<inline-formula><mml:math id="M165" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> joint imposes a limit in the motion range. Since the
two parallel <inline-formula><mml:math id="M166" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:math></inline-formula> cannot lie in the same plane, Fig. 9a, the actual
workspace of each chain is just a half cylinder, which produces a smaller
real workspace of the whole manipulator, as depicted in Fig. 9b and c.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F12" specific-use="star"><caption><p id="d1e5147">Singular posture. Two and three legs in the same direction</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=327.206693pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018-f12.png"/>

      </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F13" specific-use="star"><caption><p id="d1e5159">Singular postures in the equivalent manipulator and corresponding
singularity surfaces in the workspace.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=327.206693pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018-f13.png"/>

      </fig>

</sec>
<sec id="Ch1.S6">
  <title>Velocity problem and singularity analysis</title>
      <p id="d1e5174">To carry out the singularity analysis, the position equations are derived
with respect to time and the velocity equations are obtained. The problem is
linear in the input and output velocities, so it can be expressed in a matrix
form. In this approach, the Jacobian matrices are obtained. As it can be
seen, the rows of the direct Jacobian matrix <inline-formula><mml:math id="M167" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the vectors <inline-formula><mml:math id="M168" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> defining the directions of the Pa<inline-formula><mml:math id="M169" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> joints.
The inverse Jacobian matrix <inline-formula><mml:math id="M170" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is simpler because it is
diagonal. The velocity problem can be expressed as:

              <disp-formula id="Ch1.Ex21"><mml:math id="M171" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">˙</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">˙</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        Where:

              <disp-formula id="Ch1.E22" content-type="numbered"><mml:math id="M172" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">˙</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mtable class="array" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">˙</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">˙</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">˙</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">˙</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mtable class="array" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">˙</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">˙</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">˙</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        The direct and inverse Jacobian matrices can be obtained from the constraint
equations, Eq. (8):<?xmltex \hack{\newpage}?>

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M173" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="array" columnalign="center center center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ec</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ec</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ec</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ec</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ec</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ec</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ec</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ec</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ec</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E23"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="array" columnalign="center center center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ec</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ec</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ec</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ec</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ec</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ec</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ec</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ec</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ec</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          By computing the terms inside <inline-formula><mml:math id="M174" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M175" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, it
yields:

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M176" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="array" columnalign="center center center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mtable class="array" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">˙</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">˙</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">˙</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E24"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="array" columnalign="center center center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mtable class="array" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">˙</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">˙</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">˙</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          <italic>Direct singularities</italic> occur whenever the determinant of the direct
Jacobian matrix vanishes. This means that a dependence relation among the
input velocities is verified. It is essential to assess these positions
because the controllability of the manipulator is lost, so they must be
avoided.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F14" specific-use="star"><caption><p id="d1e6040">Direct singularity locus in the workspace for the real manipulator.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=327.206693pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018-f14.png"/>

      </fig>

      <p id="d1e6049">The determinant of the direct Jacobian matrix can be obtained as:

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M177" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E25"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E26"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="array" columnalign="center center center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          But the expression is much simpler in the variables of the equivalent
manipulator:

              <disp-formula id="Ch1.E27" content-type="numbered"><mml:math id="M178" display="block"><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        Direct singularity surface in the joint-space (input variables domain) is
achieved by substituting in the equation <inline-formula><mml:math id="M179" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the obtained solutions of the direct position problem,
Eq. (20). On the one hand, doing this, firstly it is
verified that:

              <disp-formula id="Ch1.E28" content-type="numbered"><mml:math id="M180" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>±</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        So:

              <disp-formula id="Ch1.E29" content-type="numbered"><mml:math id="M181" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>⟶</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>±</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>⟶</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        This first condition, which is a surface in the 3-Dimensional joint space
<inline-formula><mml:math id="M182" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, Eq. (21), can be also expressed
in the input variables of the real manipulator <inline-formula><mml:math id="M183" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, Eq. (14).</p>
      <p id="d1e6727">On the other hand, apart from the nullity of <inline-formula><mml:math id="M184" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, looking at
Eq. (27), it is verified that <inline-formula><mml:math id="M185" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> when any of
the following conditions is satisfied:

              <disp-formula id="Ch1.E30" content-type="numbered"><mml:math id="M186" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mfenced close="" open="{"><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>⟶</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>⟶</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>⟶</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        These are the expressions of three lines. As it is known, it is verified
that direct singularities occur where the mechanism has double solutions of
the direct position problem (where the two assembly modes merge). The
surface and lines are shown in Fig. 10.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F15" specific-use="star"><caption><p id="d1e6880">Direct singularity locus in the real workspace and correspondence
with the joint-space.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=327.206693pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018-f15.png"/>

      </fig>

      <p id="d1e6889">In case of the proposed manipulator, considering the structure of
<inline-formula><mml:math id="M187" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, along with the mathematical analysis made, a
geometrical interpretation is possible. Direct singularities occur when the
three chains are parallel to a plane, as shown in Fig. 11, or when two
chains have the same direction, as shown in Fig. 12a. Obviously, this
second case includes a subcase that occurs when the three legs have the same
direction, as depicted in Fig. 12b.</p>
      <p id="d1e6903">In the singularity locus obtained, the external continuous surface <inline-formula><mml:math id="M188" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> corresponds to the situation of three
legs parallel to a same plane (in the case of the equivalent manipulator, all
postures where the three bars lie in the same plane). The three lines
correspond to the three possible combinations of two parallel legs. For
example, the line <inline-formula><mml:math id="M189" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> corresponds to the case in which the
chains <inline-formula><mml:math id="M190" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M191" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:math></inline-formula> have the same direction. In the case of the equivalent
manipulator, this situation (<inline-formula><mml:math id="M192" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> implies that two bars are
coincident. The intersection point of the three lines, <inline-formula><mml:math id="M193" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, corresponds to the subcase of three legs parallel.</p>
      <p id="d1e7027">Singular postures in the equivalent manipulator are shown next. In the cases
of three legs parallel to a same plane, Fig. 13a, or just two legs parallel,
Fig. 13b, the rank of <inline-formula><mml:math id="M194" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> decreases in one (one dof appears with
all inputs blocked). In the subcase of the three legs in the same direction,
Fig. 13c, the rank of <inline-formula><mml:math id="M195" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> decreases in two (two dof appear with
all inputs blocked).</p>
      <p id="d1e7052">The direct singularity surface in the workspace (output variables domain) can
be also obtained by eliminating input variables from <inline-formula><mml:math id="M196" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>:

              <disp-formula id="Ch1.E31" content-type="numbered"><mml:math id="M197" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>⟶</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        In this case, two independent surfaces, <inline-formula><mml:math id="M198" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
and <inline-formula><mml:math id="M199" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, are obtained. The first surface is:

              <disp-formula id="Ch1.E32" content-type="numbered"><mml:math id="M200" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        This is a sphere centered at the origin and radius <inline-formula><mml:math id="M201" display="inline"><mml:mi>L</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The second
surface is more complex:

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M202" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">14</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mn mathvariant="normal">46</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">32</mml:mn><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E33"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">80</mml:mn><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">16</mml:mn><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          With:

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M203" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E34"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          But once obtained for the simplified equivalent manipulator, both can be
easily transformed to the output variables of the real manipulator, <inline-formula><mml:math id="M204" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, Fig. 14a, and <inline-formula><mml:math id="M205" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, Fig. 14b. In Fig. 14c both surfaces are
represented overlapped and a cross section has been given to visualize the
internal part (because <inline-formula><mml:math id="M206" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is inside <inline-formula><mml:math id="M207" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F16" specific-use="star"><caption><p id="d1e7797">Inverse singular posture.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=327.206693pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018-f16.png"/>

      </fig>

      <p id="d1e7806">All figures in this and next sections have been obtained for <inline-formula><mml:math id="M208" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> length
units and <inline-formula><mml:math id="M209" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> length units.</p>
      <p id="d1e7833">In the current domain (output variables), <inline-formula><mml:math id="M210" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> corresponds to the
situation where two legs <inline-formula><mml:math id="M211" display="inline"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M212" display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula> are parallel, <inline-formula><mml:math id="M213" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>∥</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>⟶</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M214" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> where the three legs
are parallel to a plane. In addition, <inline-formula><mml:math id="M215" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the same surface for
the three possible combinations, <inline-formula><mml:math id="M216" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M217" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M218" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and also for
the subcase where the three legs have the same direction,
<inline-formula><mml:math id="M219" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. An interesting way to understand how
is this possible is to start supposing a posture where the three legs are all
of them parallel, and from this position make a working mode change in one
chain. Doing this, that leg is not any more parallel to the others, but the
remaining two legs are still parallel. This phenomenon is shown in Fig. 12.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F17"><caption><p id="d1e8011">Increased mobility singularity.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=241.848425pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018-f17.png"/>

      </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F18" specific-use="star"><caption><p id="d1e8022">Specific direct singularities for the different working modes in the
workspace.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018-f18.png"/>

      </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F19" specific-use="star"><caption><p id="d1e8034">Singularity-free regions for two of the eight working modes (two
different views for each one).</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=327.206693pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018-f19.png"/>

      </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F20" specific-use="star"><caption><p id="d1e8045">Enlarged operational workspace for assembly mode <inline-formula><mml:math id="M220" display="inline"><mml:mo>⊕</mml:mo></mml:math></inline-formula> (two
different views).</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=327.206693pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/9/25/2018/ms-9-25-2018-f20.png"/>

      </fig>

      <p id="d1e8061">Finally, it is possible to depict the direct singularity locus for the real
size workspace (that one in Fig. 9, where real motion limits are taken into
account) and to obtain also the corresponding actual portions of the
theoretical joint-space. In addition, it is possible to identify the specific
geometrical conditions associated with each portion as well as the
correspondence among the different portions in both domains, making use of
the GIM software as explained in Macho et al. (2009). All this is shown in
Fig. 15, where two different views are provided in order to properly show all
portions and the existing associations between them.</p>
      <p id="d1e8064"><italic>Inverse singularities</italic> occur when the determinant of the inverse
Jacobian matrix vanishes. This happens when any chain is in a completely
extended position, that is, inverse singularities define the workspace
boundaries. Taking into account that:

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M221" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="array" columnalign="center center center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E35"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="array" columnalign="center center center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          Then:

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M222" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E36"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          So:

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M223" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>⟶</mml:mo><mml:mfenced open="{" close=""><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>⟶</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>⟶</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>⟶</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E37"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>⟶</mml:mo><mml:mfenced open="{" close=""><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>⟶</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>⟶</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>⟶</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          These are the same surfaces depicted in Fig. 8. In Fig. 16 is shown the case
of leg <inline-formula><mml:math id="M224" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:math></inline-formula> totally extended, that is, a posture where the working
modes <inline-formula><mml:math id="M225" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>⊗</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M226" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>⊗</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> meet (where <inline-formula><mml:math id="M227" display="inline"><mml:mo>⊗</mml:mo></mml:math></inline-formula>
means <inline-formula><mml:math id="M228" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math id="M229" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>).</p>
      <p id="d1e8750"><italic>Increased mobility singularities</italic> occur when the complete Jacobian
matrix is rank deficient. The complete Jacobian is defined as:</p>
      <p id="d1e8756"><disp-formula id="Ch1.E38" content-type="numbered"><mml:math id="M230" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mtable class="array" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">˙</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">˙</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>⟶</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        So, for the manipulator under study:

              <disp-formula id="Ch1.E39" content-type="numbered"><mml:math id="M231" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{5.6}{5.6}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="array" columnalign="center center center center center center center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        Now, the specific conditions to verify the rank deficiency can be found.
Here it will be shown an example. Firstly, note that when two legs are
parallel, the locus of coupler point positions is a sphere centered at
<inline-formula><mml:math id="M232" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and radius <inline-formula><mml:math id="M233" display="inline"><mml:mi>L</mml:mi></mml:math></inline-formula>. For legs <inline-formula><mml:math id="M234" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M235" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:math></inline-formula> being parallel,
<inline-formula><mml:math id="M236" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Over
this surface, defined in the three output variables, the values of two
variables can be freely chosen. So, it is possible to set the posture where
<inline-formula><mml:math id="M237" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For
these values, from the positions equations, Eq. (8),
are obtained the values of <inline-formula><mml:math id="M238" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M239" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Then, the posture of the manipulator, as well as
the Jacobian matrix are shown in Fig. 17. It is obvious that the
rank of this matrix decreases from 3 to 2.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S7">
  <title>Operational workspace</title>
      <p id="d1e9137">The direct singularity locus for the real size workspace was depicted in
Fig. 15. This surface comprises all existing working modes and this means
that it cannot be directly used as it has been obtained. The problem is that
each point of such a surface, which corresponds to a position of the coupler
point <inline-formula><mml:math id="M240" display="inline"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula>, is, in fact, compatible with as many different postures
of the manipulator as existing working modes, but just one of those working
modes will be in a real direct singularity. In other words, each working
mode has its specific direct singularities, and the singularity locus that
has been obtained analytically is the overlap of all of them.</p>
      <p id="d1e9147"><?xmltex \hack{\newpage}?>Then, it is necessary to identify the portions of the singularity surface
that are specifically associated with each working mode, that is, it is
necessary to distribute the whole singularity locus among the eight existing
working modes, evaluating the value of <inline-formula><mml:math id="M241" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at each point of the singularity surface for all existing working
modes, as explained in Salgado et al. (2008). The result of this process is
shown in Fig. 18, where in order to gain clarity, instead of the real
manipulator, the schematic kinematic chains have been represented. The
common situation for a parallel manipulator is having different
singularities for each working mode, but in this case, due to the phenomenon
previously described (the singularity surface when three or two legs are
parallel is the same) there are four working modes sharing the same
singularities.</p>
      <p id="d1e9163">Now, once the specific direct singularities of each working mode have been
identified, the singularity-free regions in the workspace can be traced. For
each working mode, the theoretical workspace is completely crossed by the
singular surface and is divided into adjacent regions associated with the
existing assembly modes. Both assembly modes can be identified as <inline-formula><mml:math id="M242" display="inline"><mml:mo>⊕</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M243" display="inline"><mml:mo>⊖</mml:mo></mml:math></inline-formula> because each one is associated with one sign of
<inline-formula><mml:math id="M244" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (and separated by positions where
<inline-formula><mml:math id="M245" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For each working mode,
these singularity-free regions are considered the operational workspaces. In
Fig. 19, the safe regions for two working modes (<inline-formula><mml:math id="M246" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">ppp</mml:mi></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M247" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">npp</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are shown, both for a same assembly mode (<inline-formula><mml:math id="M248" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>⊕</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="d1e9238">Although inverse singularities are positions where the platform mobility is
restrained, because a dependence relation among output velocities is
satisfied, they are not a problem from the actuators control point of view.
They can be reached during the motion and, in fact, communicate the regions
associated with the different working modes (for the same assembly mode), so
they can be used to enlarge the operational workspace. When a workspace
boundary (where two solutions of the inverse position problem merge) is
reached, the manipulator can change its working mode and make a transition
from one workspace region to another, maintaining the same assembly mode, Macho et
al. (2008, 2009, 2013).</p>
      <p id="d1e9242">Taking advantage of the possibility of carrying out this type of
transitions, all regions associated with the same assembly mode, for all
working modes, can be communicated and therefore the operational workspace
can be enlarged. In Fig. 20 is shown the enlarged operational workspaces
associated with one of the two existing assembly modes.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S8" sec-type="conclusions">
  <title>Conclusions</title>
      <p id="d1e9251">In this paper, the potentiality of the use of the
Pa<inline-formula><mml:math id="M249" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> pair as an adequate kinematic chain to design
translational parallel manipulators is studied. After a deep kinematic
analysis, it is stated that the position and velocity equations are simpler
than those of chains based on revolute joints to obtain translational motion
patterns. Additionally, the architecture based on the
Pa<inline-formula><mml:math id="M250" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> pair, is more robust than the designs based on
two consecutive floating prismatic joints avoiding the problems of galling
and blocking that can appear in the passive prismatic joints. Also, the
Pa<inline-formula><mml:math id="M251" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> pair includes a structure based on four
parallel bars structure that provides the manipulator with high stiffness
and accuracy.</p>
      <p id="d1e9281">From a practical approach, the Pa<inline-formula><mml:math id="M252" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> pair is used in
the design of a
<inline-formula><mml:math id="M253" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">¯</mml:mo></mml:munder><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> translational
parallel manipulator which is completely kinematically characterized by the
solving of the position and velocity problem, the singularity analysis and
the workspace computation. The results are obtained in terms of simplicity
of the architecture and the position and velocity equations. The possibility
of enlarging the operational workspace confirms the interest of the proposed
manipulator design implementing the studied Pa<inline-formula><mml:math id="M254" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>
pairs.</p>
      <p id="d1e9322">Given the potentiality of this manipulator, the design of
<inline-formula><mml:math id="M255" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">¯</mml:mo></mml:munder><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> could be
enhanced regarding the dimensional synthesis and optimization process, with
the purpose of developing a real prototype in which also constructive
considerations, reliability, stiffness and easiness of assembly should be
considered. Additionally, by studying the possibilities of eliminating
redundant constraints of the Pa<inline-formula><mml:math id="M256" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> pair,
non-redundant designs could be synthesized to reduce as much as possible the
influence of the manufacturing tolerances in the kinematic and dynamic
behavior of the translational manipulator.</p>
</sec>

      
      </body>
    <back><notes notes-type="codeavailability">

      <p id="d1e9358">All the figures in the paper have been obtained using GIM
software (<uri>www.ehu.eus/compmech/software</uri>) with the exception of Figs. 10
and 14 that have been obtained using commercial mathematical software
(MAPLE).</p>
  </notes><notes notes-type="competinginterests">

      <p id="d1e9367">The authors declare that they have no conflict of
interest.</p>
  </notes><ack><title>Acknowledgements</title><p id="d1e9373">This study was funded by the Spanish Government through the <italic>Ministerio de Economía y Competitividad</italic> (Project
DPI2015-67626-P, MINECO/FEDER, UE), the financial support from the
<italic>University of the Basque Country</italic> (UPV/EHU) under the program UFI 11/29 and the support to the research
group, through the project with ref. IT949-16, given by the <italic>Departamento de Educación, Política Lingüística y Cultura</italic> of the Regional
Government of the Basque Country.<?xmltex \hack{\newline}?><?xmltex \hack{\newline}?>
Edited by: Andreas Müller<?xmltex \hack{\newline}?>
Reviewed by: two anonymous referees</p></ack><ref-list>
    <title>References</title>

      <ref id="bib1.bib1"><label>1</label><mixed-citation>
Affi, Z., Romdhane, L., and Maalej, A.: Dimensional synthesis of a
3-translational-DOF in-parallel manipulator for a desired workspace,
Eur. J. Mech. A-Solid., 23, 311–324, 2004.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib2"><label>2</label><mixed-citation>
Angeles, J.: The qualitative synthesis of parallel manipulators, ASME Journal
of Mechanical Design, 126, 617–624, 2004.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib3"><label>3</label><mixed-citation>
Angeles, J.: The degree of freedom of parallel robots: a Group-Theoretic
approach, IEEE Int. Conf. Robot.,
Barcelona, Spain, 2005.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib4"><label>4</label><mixed-citation>
Arai, T., Hervé, J. M., and Tanikawa, T.: Development of 3 DOF Micro
Finger, Proc. IROS'96, 5–8 November, Osaka,  981–987, 1996.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib5"><label>5</label><mixed-citation>
Ceccarelli, M. and Ottaviano, E.: An analytical design for CaPaMan with
prescribed position and orientation, in: 2000 ASME Biennial Mechanisms and
Robotics Conference, Baltimore, Maryland, paper DETC2000/MECH-14099, 2000.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib6"><label>6</label><mixed-citation>
Clavel, R.: Delta, a fast robot with parallel geometry, Proc. 18th Int.
Symp. Industrial Robots, Lausanne, Switzerland, 91–100, 1988.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib7"><label>7</label><mixed-citation>
Gogú, G.: Structural synthesis of fully-isotropic translational parallel
robots via theory of linear transformations, Eur. J. Mech.
A-Solid.,  23,  1021–1039, 2004.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib8"><label>8</label><mixed-citation>Hernandez, A., Zhang, Z., Petuya, V., Macho, E., and Amezua, E.: Translational
Parallel Manipulator with Pa2 Kinematic Joints, The Joint International
Conference of the XII International Conference on Mechanisms and Mechanical
Transmissions and the XXIII International Conference on Robotics (MTM &amp;
Robotics 2016), 26–27 October, Aachen, Germany, 2016a.
 </mixed-citation></ref><?xmltex \hack{\newpage}?>
      <ref id="bib1.bib9"><label>9</label><mixed-citation>
Hernandez, A., Zhang, Z., Petuya, V., Macho, E., and Amezua, E.: Manipuladores
paralelos de traslación con pares Pa2, XXI Congreso Nacional de
Ingeniería Mecánica – CNIM 2016, 9–11 October, Elche, Spain,
2016b.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib10"><label>10</label><mixed-citation>
Hervé, J. M.: The Lie group of rigid body displacements, a fundamental
tool for mechanism design, Mech. Mach. Theory, 34,
719–730, 1999.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib11"><label>11</label><mixed-citation>
Hervé, J. M. and Sparacino, F.: Star, a new concept in robotics, Proc.
3rd Int. Workshop on Advances in Robot Kinematics, 7–9 September, Ferrara,
176–183, 1992.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib12"><label>12</label><mixed-citation>
Huang, T., Li, Z., Li, M., Chetwynd, D. G., and Gosselin, C. M.: Conceptual
Design and Dimensional Synthesis of a Novel 2-DOF Translational Parallel
Robot for Pick-and-Place Operations, J. Mech. Design,  126,
449–455, 2004.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib13"><label>13</label><mixed-citation>
Li, Z., Lou, Y., Zhang, Y., Liao, B., and Li, Z.: Type Synthesis, Kinematic
Analysis, and Optimal
Design of a Novel Class of Schönflies-Motion Parallel Manipulators, IEEE T. Autom. Sci. Eng.,  10, 674–686,
2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib14"><label>14</label><mixed-citation>
Macho, E., Altuzarra, O., Pinto, C., and Hernández, A.: Workspaces associated to
assembly modes of the 5R planar parallel manipulator, Robotica,  26,
395–403, 2008.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib15"><label>15</label><mixed-citation>
Macho, E., Altuzarra, O., Amezua, E., and Hernández, A.: Obtaining configuration
space and singularity maps for parallel manipulators, Mech. Mach.
Theory,  44, 2110–2125, 2009.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib16"><label>16</label><mixed-citation>
Macho, E., Altuzarra, O., Pinto, C., and  Hernández, A.: Enlarging operational
workspaces in parallel manipulators by connecting working mode spaces.
Application to the 3RSS robot, Robotica, 31, 539–548, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib17"><label>17</label><mixed-citation>
Pierrot, F. and Company, O.: H4: A new family of 4-dof parallel robots,
Proc. AIM 1999: IEEE/ASME Int. Conf. Adv. Intell. Mechatron., Atlanta,GA,
508–513, 1999.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib18"><label>18</label><mixed-citation>
Pierrot, F., Nabat, V., Company, O., Krut, S., and Poignet, P.: Optimal Design
of a 4-DOF Parallel Manipulator: From Academia to Industry, IEEE
T. Robot.,  25, 213–224, 2009.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib19"><label>19</label><mixed-citation>
Salgado, O.: Síntesis, Análisis y Diseño de Manipuladores
Paralelos de Baja Movilidad, Doctoral Thesis, Faculty of Engineering in
Bilbao, University of the Basque Country (UPV/EHU), 2008 (in Spanish).</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib20"><label>20</label><mixed-citation>
Salgado, O., Altuzarra, O., Amezua, E., and Hernández, A.: A
Parallelogram-Based Parallel Manipulator for Schönflies Motion, Journal
of Mechanical Design,  129, 1243–1250, 2007.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib21"><label>21</label><mixed-citation>Salgado, O., Altuzarra, O., Petuya, V., and Hernández, A.: Synthesis and
Design of a Novel 3T1R Fully-Parallel Manipulator, J. Mech.
Design,  130, 042305-1–042305-8, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1115/1.2839005" ext-link-type="DOI">10.1115/1.2839005</ext-link>, 2008.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib22"><label>22</label><mixed-citation>
Yu, J., Dai, J. S., Zhao, T., Bi, S., and Zong, G.: Mobility analysis of
complex joints by means of screw Theory, Robotica,  27, 915–927,
2009.</mixed-citation></ref>

  </ref-list><app-group content-type="float"><app><title/>

    </app></app-group></back>
    <!--<article-title-html>Pa<sup>2</sup> kinematic bond in translational parallel manipulators</article-title-html>
<abstract-html><p class="p">The Pa<sup>2</sup> pair is composed of two intertwined articulated parallelograms
connecting in parallel two links of a kinematic chain. This pair has two
translational degrees of freedom leading to a translational plane variable
with the position. Currently, the Pa<sup>2</sup> pair appears in conceptual designs
presented in recent papers. However, its practical application is very
limited. One of the reasons for this can be the high number of redundant
constraints it has. But, it has to be considered that most of them can be
eliminated by replacing wisely the revolute joints by spherical joints. On
the other side, the structure of the Pa<sup>2</sup> pair contributes to increase the
global stiffness of the kinematic chain in which it is mounted. Also, its
implementation is a promising alternative to the problematic passive
prismatic joints. In this paper, the Pa<sup>2</sup> pairs are used in the design of a
3 − <munder accent="true">P <mo form="infix">¯</mo> </munder>Pa<sup>2</sup> parallel manipulator.
The potentiality of this design is evaluated and proven after doing the
following analyses: direct and inverse kinematics, singularity study, and
workspace computation and assessment.</p></abstract-html>
<ref-html id="bib1.bib1"><label>1</label><mixed-citation>
Affi, Z., Romdhane, L., and Maalej, A.: Dimensional synthesis of a
3-translational-DOF in-parallel manipulator for a desired workspace,
Eur. J. Mech. A-Solid., 23, 311–324, 2004.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib2"><label>2</label><mixed-citation>
Angeles, J.: The qualitative synthesis of parallel manipulators, ASME Journal
of Mechanical Design, 126, 617–624, 2004.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib3"><label>3</label><mixed-citation>
Angeles, J.: The degree of freedom of parallel robots: a Group-Theoretic
approach, IEEE Int. Conf. Robot.,
Barcelona, Spain, 2005.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib4"><label>4</label><mixed-citation>
Arai, T., Hervé, J. M., and Tanikawa, T.: Development of 3 DOF Micro
Finger, Proc. IROS'96, 5–8 November, Osaka,  981–987, 1996.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib5"><label>5</label><mixed-citation>
Ceccarelli, M. and Ottaviano, E.: An analytical design for CaPaMan with
prescribed position and orientation, in: 2000 ASME Biennial Mechanisms and
Robotics Conference, Baltimore, Maryland, paper DETC2000/MECH-14099, 2000.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib6"><label>6</label><mixed-citation>
Clavel, R.: Delta, a fast robot with parallel geometry, Proc. 18th Int.
Symp. Industrial Robots, Lausanne, Switzerland, 91–100, 1988.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib7"><label>7</label><mixed-citation>
Gogú, G.: Structural synthesis of fully-isotropic translational parallel
robots via theory of linear transformations, Eur. J. Mech.
A-Solid.,  23,  1021–1039, 2004.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib8"><label>8</label><mixed-citation>
Hernandez, A., Zhang, Z., Petuya, V., Macho, E., and Amezua, E.: Translational
Parallel Manipulator with Pa2 Kinematic Joints, The Joint International
Conference of the XII International Conference on Mechanisms and Mechanical
Transmissions and the XXIII International Conference on Robotics (MTM &amp;
Robotics 2016), 26–27 October, Aachen, Germany, 2016a.

</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib9"><label>9</label><mixed-citation>
Hernandez, A., Zhang, Z., Petuya, V., Macho, E., and Amezua, E.: Manipuladores
paralelos de traslación con pares Pa2, XXI Congreso Nacional de
Ingeniería Mecánica – CNIM 2016, 9–11 October, Elche, Spain,
2016b.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib10"><label>10</label><mixed-citation>
Hervé, J. M.: The Lie group of rigid body displacements, a fundamental
tool for mechanism design, Mech. Mach. Theory, 34,
719–730, 1999.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib11"><label>11</label><mixed-citation>
Hervé, J. M. and Sparacino, F.: Star, a new concept in robotics, Proc.
3rd Int. Workshop on Advances in Robot Kinematics, 7–9 September, Ferrara,
176–183, 1992.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib12"><label>12</label><mixed-citation>
Huang, T., Li, Z., Li, M., Chetwynd, D. G., and Gosselin, C. M.: Conceptual
Design and Dimensional Synthesis of a Novel 2-DOF Translational Parallel
Robot for Pick-and-Place Operations, J. Mech. Design,  126,
449–455, 2004.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib13"><label>13</label><mixed-citation>
Li, Z., Lou, Y., Zhang, Y., Liao, B., and Li, Z.: Type Synthesis, Kinematic
Analysis, and Optimal
Design of a Novel Class of Schönflies-Motion Parallel Manipulators, IEEE T. Autom. Sci. Eng.,  10, 674–686,
2013.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib14"><label>14</label><mixed-citation>
Macho, E., Altuzarra, O., Pinto, C., and Hernández, A.: Workspaces associated to
assembly modes of the 5R planar parallel manipulator, Robotica,  26,
395–403, 2008.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib15"><label>15</label><mixed-citation>
Macho, E., Altuzarra, O., Amezua, E., and Hernández, A.: Obtaining configuration
space and singularity maps for parallel manipulators, Mech. Mach.
Theory,  44, 2110–2125, 2009.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib16"><label>16</label><mixed-citation>
Macho, E., Altuzarra, O., Pinto, C., and  Hernández, A.: Enlarging operational
workspaces in parallel manipulators by connecting working mode spaces.
Application to the 3RSS robot, Robotica, 31, 539–548, 2013.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib17"><label>17</label><mixed-citation>
Pierrot, F. and Company, O.: H4: A new family of 4-dof parallel robots,
Proc. AIM 1999: IEEE/ASME Int. Conf. Adv. Intell. Mechatron., Atlanta,GA,
508–513, 1999.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib18"><label>18</label><mixed-citation>
Pierrot, F., Nabat, V., Company, O., Krut, S., and Poignet, P.: Optimal Design
of a 4-DOF Parallel Manipulator: From Academia to Industry, IEEE
T. Robot.,  25, 213–224, 2009.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib19"><label>19</label><mixed-citation>
Salgado, O.: Síntesis, Análisis y Diseño de Manipuladores
Paralelos de Baja Movilidad, Doctoral Thesis, Faculty of Engineering in
Bilbao, University of the Basque Country (UPV/EHU), 2008 (in Spanish).
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib20"><label>20</label><mixed-citation>
Salgado, O., Altuzarra, O., Amezua, E., and Hernández, A.: A
Parallelogram-Based Parallel Manipulator for Schönflies Motion, Journal
of Mechanical Design,  129, 1243–1250, 2007.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib21"><label>21</label><mixed-citation>
Salgado, O., Altuzarra, O., Petuya, V., and Hernández, A.: Synthesis and
Design of a Novel 3T1R Fully-Parallel Manipulator, J. Mech.
Design,  130, 042305-1–042305-8, <a href="https://doi.org/10.1115/1.2839005" target="_blank">https://doi.org/10.1115/1.2839005</a>, 2008.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib22"><label>22</label><mixed-citation>
Yu, J., Dai, J. S., Zhao, T., Bi, S., and Zong, G.: Mobility analysis of
complex joints by means of screw Theory, Robotica,  27, 915–927,
2009.
</mixed-citation></ref-html>--></article>
