少自由度并联机器人机构可以用于包装、分拣、烹饪等生产、生活的诸多领域，具有结构紧凑、设计制造和控制成本低等优点。本书以一类四自由度并联机构为研究对象，系统阐述了机构构型演变过程，提出了研究机构的奇异性和工作空间求解新方法；建立了机构的影响系数矩阵，得到了输入对机构各输出变量的影响；采用智能算法和迭代法相结合，得到了机构的高精度位置正解。研究了机构的运动学和动力学特性，并利用仿真软件进行了计算，描述了机构的潜在应用领域，本书提出的研究方法具有通用性。
前 言
少自由度并联机构用途广泛，可以作为航天飞船对接器、航海潜艇救援对接器、高档数控机床等设备的原型，具有结构紧凑、设计制造和控制成本低等优点。近年来，随着人力资源成本的提高、社会老龄化的加剧，企业用工成本大幅增加，机器人已逐步成为重要的劳动力和生产工具。面向不同的应用领域，机器人需求种类的多样化也十分迫切。
本书对并联机器人机构构型演变及其机构分析进行了系统阐述，提出了机构型综合和性能分析新方法；将六自由度Stewart并联机构去掉两个驱动支链，得到四驱动支链并联机构；利用螺旋理论分析了机构的运动螺旋和约束螺旋，发现支链对运动平台无约束，故改变支链中与运动或固定平台相连的运动副以及增加约束从动支链，可以得到3T1R（T表示移动，R表示转动）、2T2R和1T3R四自由度并联机构。为了表示这些结构相似而运动特征不同的机构，定义了更为明晰的机构代号表示方法。
奇异是机构的固有属性，机构处于奇异位形会使其运动学和动力学性能发生突变。本书采用Jacobian代数法研究机构奇异位形，提出采用循环迭代计算得到行列式零点，根据零点分布规律研究机构奇异位形；根据机构约束条件，建立并联机构工作空间约束方程，并建立了相应的计算流程图，提出利用点集来近似计算机构工作空间大小的方法；建立了并联机构的输入/输出的一阶和二阶影响系数矩阵，采用分层研究的方法，得到了输入对机构各输出变量的影响。本书以全域性能评价指标为依据，得到了尺度参数与性能评价指标的关系；对并联机构进行运动学分析，根据机构的输入与输出位置关系方程，推导出机构的输入与输出的速度和加速度关系方程，采用改进的PSO（粒子群优化）算法为基本求解方法，同时与Broyden迭代法相结合，得到了机构的高精度位置正解；根据推导出的运动学方程，在给定输入的条件下，得到了机构输出端位置、速度和加速度变化规律；对机构进行受力分析，利用N-E（牛顿-欧拉）法建立了机构动力学方程，根据未知数与方程数量，将机构分为含局部自由度机构、静定机构和过约束机构；在不同的输入轨迹条件下，得到了机构的驱动力和运动副约束反力/力偶的变化规律。
本书利用仿真软件，建立了机构的虚拟样机模型，通过仿真计算验证了理论计算结果；根据机构运动特征，说明了书中并联机器人机构的潜在应用价值。
希望本书内容能为机构综合和分析提供借鉴。由于本人水平有限，书中难免存在疏漏之处，恳请读者、专家批评指正，不吝赐教。
季 晔
2017年4月
季晔，籍贯江苏大丰，1982年出生，洛阳理工学院机械工程学院讲师，毕业于西安理工大学，主要从事并联机器人机构学研究。近年来，主持和参与完成国家自然科学基金、河南省教育厅高校重点科研项目、洛阳市重大科技计划项目子项，发表论文十余篇。
目 录1 绪 论11.1 发展概况11.2 少自由度并联机构型综合及性能分析研究进展61.3 本书主要研究内容192 少自由度并联机构构型演变与符号表示212.1 概 述212.2 并联机构构型演变描述212.3 代号表示方法分析222.4 机构结构分析242.5 不同结构驱动支链运动/约束特征分析272.6 4-UPU/UPS/SPS并联机构结构分析312.7 本章小结393 少自由度并联机器人机构奇异性分析403.1 概 述403.2 并联机构奇异位形研究方法403.3 3T1R四自由度的4-UPU/UPS/SPS并联机构奇异性分析413.4 2T2R四自由度的4-UPU/UPS/SPS并联机构奇异性分析453.5 1T3R四自由度的4-UPU/UPS/SPS并联机构奇异性分析513.6 规避奇异分析533.7 本章小结544 少自由度并联机器人机构工作空间与尺度分析554.1 概 述554.2 4-UPU/UPS/SPS并联机构工作空间约束条件564.3 4-UPU/UPS/SPS并联机构工作空间区域求解584.4 4-UPU/UPS/SPS并联机构工作空间边界求解604.5 工作空间体积与尺度关系624.6 数值算例634.7 本章小结745 少自由度并联机构运动性能评价指标与尺度分析765.1 概 述765.2 建立4-UPU/UPS/SPS并联机构的一阶影响系数矩阵765.3 建立4-UPU/UPS/SPS并联机构的二阶影响系数矩阵775.4 4-UPU/UPS/SPS并联机构性能评价指标分析795.5 数值算例825.6 结 论986 少自由度并联机器人机构运动学分析1006.1 概 述1006.2 建立4-UPU/UPS/SPS并联机构的运动学关系方程1016.3 4-UPU/UPS/SPS并联机构位置正解方法分析1056.4 数值算例1086.5 本章小结1227 少自由度并联机器人机构动力学分析1237.1 概 述1237.2 3T1Rz并联机构动力学分析1247.3 2Txz2Rxz四自由度并联机构动力学分析1417.4 1Tz3R四自由度并联机构动力学分析1507.5 本章小结1598 少自由度并联机器人机构运动学和动力学仿真分析1608.1 概 述1608.2 仿真模型的建立1618.3 机构应用实例烹饪机器人1668.4 本章小结1689 结 论1699.1 工作总结1699.2 后续研究170参考文献17
书单推荐
