机器人机构创新设计

本书包含9章内容。第1章绪论介绍机器人的基本组成、分类、发展历程和应用，以及机器人机构创新设计的研究内容。第2、3章介绍机器人学研究涉及的数学基础，并根据机器人机构创新设计的流程重点介绍有限-瞬时旋量数学框架。第4～8章涵盖串联、并联机器人机构设计的全部环节，包括机构构型综合、运动学建模、静力学建模、动力学建模以及多目标多参数优化设计方法。第9章以两个典型的应用场景为例。阐述利用前述章节的理论方法开展并联机器人机构创新设计的流程。 本书既注重与机械原理设计等基础课程的衔接，也注意与实际工程的联系，内容上既涵盖了机器人机构学领域的经典理论，也融入了有限-瞬时旋量及机构分析设计等最新研究成果。本书可作为智能制造、机械工程或机器人相关专业的本科高年级学生以及研究生的教材，也可作为相关科研人员与工程技术人员的参考书。

高等院校教师

前言 第1章绪论1 11引言1 12机器人机构学2 121机器人的问世与发展2 122机构学与数学、力学3 123机器人机构学的研究内容5 13机器人机构的分类5 131串联机构6 132并联机构7 133混联机构12 14机器人机构的创新设计13 141构型创新13 142运动学分析与设计14 143动力学优化15 15全书架构与章节安排15 习题16 参考文献16 第2章常用数学工具及比较18 21引言18 22机器人机构的有限运动和瞬时运动18 221李群与李代数理论19 222Chasles定理和Mozzi定理20 223机构的有限运动李群SE(3)20 224机构的瞬时运动李代数se(3)21 23矩阵李群和李代数22 231矩阵李群及矩阵乘法23 232矩阵李代数及矩阵李括号24 233矩阵李群与李代数间的映射25 24对偶四元数和纯对偶四元数26 241对偶四元数及四元数乘法26 242纯对偶四元数及四元数李括号28 243对偶四元数与纯对偶四元数间的 映射28 25有限旋量和瞬时旋量29 251有限旋量及旋量三角29 252瞬时旋量及旋量叉积31 253有限旋量与瞬时旋量间的映射32 26数学工具比较32 261数学工具之间的代数关联与 转换32 262对偶四元数乘法与旋量三角33 263代数结构与李群表示论35 27本章小结42 习题42 参考文献43 第3章有限瞬时旋量理论45 31引言45 32有限瞬时旋量微分映射45 321单自由度旋量微分映射46 322解耦多自由度旋量微分映射46 323非解耦多自由度旋量微分映射47 324基于旋量微分的机器人机构 建模49 33机器人机构有限运动的旋量模型51 331关节有限运动建模52 332串联机构有限运动建模54 333并联机构有限运动建模54 34机器人机构瞬时运动的旋量模型55 341关节瞬时运动建模55 342串联机构瞬时运动建模61 343并联机构瞬时运动建模63 35机器人机构力的旋量模型65 351关节力建模68 352串联机构力建模71 353并联机构力建模72 36机器人机构的拓扑与性能建模75 361经典串联、并联机构建模算例75 362构型与性能创新设计87 37本章小结88 习题89 参考文献90 第4章机器人机构的构型综合92 41引言92 42构型综合的有限旋量方法93 421构型综合的通用流程93 422运动模式的解析表征95 423支链运动的等效变换108 424支链的几何装配条件116 43转动轴线固定类机构的构型综合117 431具有一个固定轴线的nT1R 机构118 432平面运动G群机构算例119 433具有两个固定轴线的nT2R 机构121 434双熊夫利运动XX流形机构 算例123 44转动轴线变化类机构的构型综合130 441具有一个可变轴线的nT1R 机构130 4421R1T双链并联机构与3T1R并联 机构算例131 443具有一个可变轴线的nT2R 机构135 4443T2R串联机构与1T2R类Exechon 并联机构算例137 445具有两个可变轴线的nT2R 机构142 4462R双链并联机构与1T2R类Z3 并联机构算例143 45曲面/曲线平动机构的构型综合145 451具有二次曲面平动的2TnR 机构145 452环面与螺旋面并联机构算例148 453具有空间曲线平动的1TnR 机构155 454圆锥曲线双链并联机构算例155 46本章小结159 习题159 参考文献160 第5章运动学建模与分析162 51引言162 52位移建模与分析162 521串联机构位移建模的有限旋量 方法162 522串联机构位移建模的DH参数 方法167 523并联机构位移建模的有限旋量 方法170 524并联机构位移建模的闭环向量 方程179 53速度建模与分析180 531串联机构速度建模180 532并联机构速度建模181 533奇异性分析186 54工作空间分析189 541姿态工作空间190 542位置工作空间191 543边界搜索法192 55本章小结195 习题196 参考文献198 第6章静力学建模与分析200 61引言200 62静刚度矩阵与柔度矩阵200 621m自由度虚弹簧201 622刚/柔度矩阵的坐标变换205 63静力与变形映射关系208 631串联机构静力与变形映射208 632并联机构静力与变形映射210 64静刚度建模与分析212 641串联机构静刚度建模212 642并联机构静刚度建模214 65本章小结225 习题225 参考文献227 第7章动力学建模与分析228 71引言228 72刚体的惯性228 721质量与质心228 722惯性矩阵与转动惯量229 73构件质心的速度232 731关节速度232 732串联机构构件质心的速度236 733并联机构构件质心的速度239 74构件质心的加速度242 741关节加速度242 742串联机构构件质心的加速度244 743并联机构构件质心的加速度247 75动力学建模与分析248 751串联机构动力学建模249 752并联机构动力学建模252 76本章小结257 习题257 参考文献259 第8章机器人机构性能优化设计261 81引言261 82性能评价指标261 821运动学性能评价指标261 822静力学性能评价指标268 823动力学性能评价指标273 83多目标优化275 831参数定义276 832性能合作均衡优选277 833多目标优化一般流程278 84性能优化设计实例280 8416PUS并联机器人优化设计280 842变轴线1T2R并联机器人优化 设计282 85本章小结286 习题286 参考文献287 第9章机器人机构创新设计实例289 91引言289 92机器人机构创新设计一般流程289 93实例一：二转动自由度并联机器人291 931应用场景291 932构型综合292 933性能建模294 934优化设计301 94实例二：五自由度并联机器人305 941应用场景305 942构型综合306 943性能建模307 944优化设计311 95本章小结314 习题315 参考文献315