少自由度并联机构研究与设计

本书首先研究了新型拟人机械腿机构、5-DOF气囊抛光机床和等的运动学、动力学及设计方法等问题，提出一种新型拟人机械腿机构，其髋关节、膝关节和踝关节分别采用球面三自由度并联机构和四自由度欠驱动并联机构为机构原型，发挥了并联机构与串联机构的优点，提出一种新型5-DOF气囊抛光机床，具有结构简单、加工与装配工艺性好、适应复杂型面加工、运动惯性小和自重负荷比小等优点，适用于空间曲面(模具、叶片等)零件的精密抛光等。接着，研究了新型拟人机械腿的膝关节和踝关节机构及5-DOF气囊抛光机床机构的位置与工作空间问题，基于各机构的位置反解及其结构约束条件，分别绘制了膝关节和踝关节机构、5-DOF气囊抛光机床的工作空间轮廓图，并定量分析了各主要结构参数对相应工作空间大小的影响情况。很后给出了新型拟人机械腿和5-DOF气囊抛光机床的设计方案，为其应用提供了理论基础。

前言
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 少自由度并联机器人的研究现状 4
1.2.1 四自由度并联机器人的发展与应用 5
1.2.2 五自由度并联机器人的发展与应用 8
1.3 拟人机械腿的研究现状 9
1.4 5-DOF气囊抛光机床的研究现状 13
1.5 本书内容安排 14
1.6 本章小结 15
参考文献 15
第2章 拟人机械腿的运动性能分析 22
2.1 方案设计 22
2.1.1 设计思想 22
2.1.2 髋关节机构原型 25
2.1.3 膝关节和踝关节机构原型 26
2.2 自由度分析 26
2.2.1 空间方位角的表示 26
2.2.2 空间机构自由度计算公式 27
2.3 位置分析 29
2.3.1 位置反解 29
2.3.2 位置正解 31
2.3.3 算例 33
2.4 工作空间分析 34
2.4.1 结构约束分析 34
2.4.2 工作空间形状分析 34
2.4.3 设计参数对工作空间的影响 38
2.5 运动学性能分析 39
2.5.1 雅可比矩阵的求解 40
2.5.2 雅可比矩阵分析 43
2.5.3 运动学性能评价指标 44
2.5.4 仿真分析 45
2.6 静力学分析 47
2.6.1 静力平衡方程 48
2.6.2 静力学性能评价指标 50
2.6.3 仿真分析 51
2.7 本章小结 53
参考文献 54
第3章 拟人机械腿的动力学分析 57
3.1 动力学建模 57
3.1.1 运动影响系数概述 57
3.1.2 动力学模型的建立 60
3.2 拟人机械腿伺服电机模型预估 69
3.2.1 电机驱动结构简述 69
3.2.2 伺服电机转速预估 69
3.2.3 电机转速仿真 70
3.3 伺服电机转矩预估 71
3.3.1 空间机构静力学基础 71
3.3.2 伺服电机力矩预估模型 73
3.3.3 电机力矩仿真 74
3.4 控制器设计 75
3.4.1 迭代学习控制基础 75
3.4.2 自适应控制基础 77
3.4.3 自适应迭代学习控制理论分析 80
3.4.4 仿真 83
3.5 本章小结 85
参考文献 86
第4章 拟人机械腿的全域性能分析 88
4.1 拟人机械腿的空间模型 88
4.1.1 拟人机械腿的模型简化 88
4.1.2 拟人机械腿的空间模型分析 89
4.2 拟人机械腿的全域性能评价 92
4.2.1 拟人机械腿的全域性能评价指标 92
4.2.2 拟人机械腿的全域性能图谱 93
4.3 拟人机械腿的参数优化 96
4.3.1 基于遗传算法的优化方法 97
4.3.2 尺寸设计的目标函数 97
4.3.3 遗传算法的仿真计算 98
4.4 拟人机械腿的三维建模 100
4.4.1 膝关节结构 100
4.4.2 胡克铰结构 101
4.4.3 装配体结构 101
4.4.4 拟人机械腿的方案实现 102
4.5 本章小结 103
参考文献 103
第5章 新型正交5-DOF 并联气囊抛光机床 105
5.1 新型正交5-DOF 并联气囊抛光机床布局特点 105
5.2 位置分析 107
5.2.1 位置反解 107
5.2.2 位置正解 109
5.2.3 算例 110
5.3 工作空间分析 111
5.3.1 结构约束分析 111
5.3.2 工作空间形状分析 111
5.3.3 设计参数对工作空间的影响 114
5.4 运动学性能分析 115
5.4.1 雅可比矩阵的求解 115
5.4.2 运动学性能评价指标的定义及其分布 116
5.5 静力学性能分析 118
5.5.1 力雅可比矩阵的求解 118
5.5.2 静力学性能评价指标的定义及其分布 119
5.6 本章小结 122
参考文献 123
第6章 新型正交5-DOF 并联气囊抛光机床的方案设计 125
6.1 新型正交5-DOF 并联气囊抛光机床的空间模型及全域性能指标 125
6.1.1 新型正交5-DOF 并联气囊抛光机床的空间模型 125
6.1.2 新型正交5-DOF 并联气囊抛光机床的全域运动学性能指标 127
6.1.3 新型正交5-DOF 并联气囊抛光机床的全域力学性能指标 127
6.1.4 新型正交5-DOF 并联气囊抛光机床的全域性能图谱 128
6.2 新型正交5-DOF 并联气囊抛光机床的三维建模 129
6.2.1 新型正交5-DOF 并联气囊抛光机床结构参数的选择 129
6.2.2 新型正交5-DOF 并联气囊抛光机床的方案设计 130
6.3 本章小结 131
参考文献 131
第7章 球面5R并联机构 133
7.1 球面5R并联机构位置分析 133
7.1.1 球面5R并联机构介绍 133
7.1.2 球面5R并联机构位置反解 134
7.1.3 自由度变化奇异分析 136
7.2 球面5R并联机构工作空间分析 139
7.2.1 工作空间分析 139
7.2.2 结构参数优化 141
7.3 球面5R并联机构运动学性能分析 145
7.3.1 速度传递性能评价指标 145
7.3.2 加速度传递性能评价指标 147
7.3.3 运动性能实例分析 148
7.4 球面5R并联机构动力学建模 149
7.4.1 广义惯性力的计算 150
7.4.2 广义外力的计算 155
7.4.3 动力学模型的建立 155
7.4.4 动力学实例分析 155
7.5 本章小结 158
参考文献 159
第8章 总结与展望 162
8.1 总结 162
8.2 展望 164