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内容简介
本书介绍作者设计的混合驱动柔索并联机器人系统相关的基础理论和关键技术，是国家自然科学基金、国家博士后科学基金资助和江苏高校优势学科建设工程资助等项目的研究成果的系统总结。主要内容包括：混合驱动平面五连杆并联机构的动力学与优化设计、柔索并联机器人伺服驱动系统动态建模与模糊滑模控制、混合驱动柔索并联机器人机构设计分析、工作空间与奇异位形分析、误差建模与灵敏度分析、动力学分析、轨迹跟踪自适应迭代学习控制技术、虚拟仿真监控平台开发和集成优化设计问题的研究。
目录
前言
符号表
第1章 绪论
1.1 工程背景及研究意义
1.2 并联机器人机构学理论与控制技术
1.2.1 并联机器人机构学理论
1.2.2 并联机器人控制技术
1.3 国内外研究现状及发展动态分析
1.4 本书的目标与主要内容
1.4.1 本书目标
1.4.2 本书内容安排
1.5 本章小结
参考文献
第2章 混合驱动平面五连杆并联机构的动力学与优化设计
2.1 引言
2.2 混合驱动平面五连杆并联机构运动学分析
2.2.1 混合驱动平面五连杆并联机构正运动学分析
2.2.2 混合驱动平面五连杆并联机构逆运动学分析
2.2.3 运动学分析仿真实例
2.3 混合驱动平面五连杆并联机构工作空间分析
2.4 混合驱动平面五连杆并联机构的动力学分析
2.4.1 混合驱动平面五连杆并联机构构件质心处运动学分析
2.4.2 混合驱动平面五连杆并联机构各构件动力学分析
2.4.3 混合驱动平面五连杆并联机构动力学模型
2.4.4 动力学分析仿真实例
2.5 混合驱动平面五连杆并联机构的优化设计
2.6 混合驱动平面五连杆并联机构实验平台
2.6.1 实验样机
2.6.2 实验样机硬件电路设计
2.6.3 手动控制器及人机界面设计
2.6.4 基于串口通信协议的控制软件设计
2.6.5 实验样机运动学验证及结果分析
2.7 本章小结
参考文献
第3章 柔索并联机器人伺服驱动系统动态建模与模糊滑模控制
3.1 引言
3.2 交流伺服驱动系统的动力学建模
3.3 模糊滑模控制器的设计
3.3.1 滑模控制器的设计
3.3.2 模糊控制器的设计
3.4 数值计算结果与分析
3.5 本章小结
参考文献
第4章 混合驱动柔索并联机器人设计分析
4.1 引言
4.2 混合驱动柔索并联机器人机构设计与研制
4.3 混合驱动柔索并联机器人工作空间分析
4.3.1 工作空间定义
4.3.2 工作空间的约束条件
4.3.3 工作空间的确定
4.4 混合驱动柔索并联机器人奇异位形分析
4.4.1 奇异性条件分析
4.4.2 奇异位形的确定
4.5 实例仿真分析
4.5.1 工作空间算例仿真
4.5.2 奇异位形算例仿真
4.6 本章小结
参考文献
第5章 混合驱动柔索并联机器人误差建模与灵敏度分析
5.1 引言
5.2 混合驱动柔索并联机器人误差建模
5.2.1 混合驱动平面五连杆机构的误差模型
5.2.2 柔索并联机构的误差模型
5.2.3 混合驱动柔索并联机器人的综合误差模型
5.3 混合驱动柔索并联机器人灵敏度分析
5.3.1 误差的精度预估
5.3.2 误差局部灵敏度
5.3.3 敏感误差源的识别
5.4 数值计算结果与分析
5.4.1 误差的精度预估仿真
5.4.2 误差局部灵敏度仿真
5.4.3 灵敏度系数识别仿真
5.5 本章小结
参考文献
第6章 混合驱动柔索并联机器人动力学分析
6.1 引言
6.2 混合驱动柔索并联机器人系统描述
6.3 混合驱动柔索并联机器人动力学分析
6.4 计算实例
6.5 本章小结
参考文献
第7章 混合驱动柔索并联机器人轨迹跟踪控制
7.1 引言
7.2 混合驱动柔索并联机器人控制方案
7.3 混合驱动柔索并联机器人控制模型
7.4 混合驱动柔索并联机器人控制策略
7.4.1 PID控制器
7.4.2 迭代学习控制器
7.4.3 模糊自适应控制策略
7.5 混合驱动柔索并联机器人跟踪控制仿真
7.6 混合驱动柔索并联机器人监控平台
7.6.1 系统开发平台及主要功能模块
7.6.2 控制界面模块设计
7.6.3 数据界面模块设计
7.6.4 查询界面模块设计
7.7 本章小结
参考文献
第8章 混合驱动柔索并联机器人系统集成优化设计
8.1 引言
8.2 混合驱动柔索并联机器人结构系统优化模型
8.2.1 设计变量
8.2
摘要与插图
第1章绪论1.1 工程背景及研究意义
在国务院发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要(2006～2020 年)》中已明确指出要重点研究个性化的智能机器人和人机交互系统。国家自然科学基金委员会工程与材料科学部的《机械工程学科发展战略报告(2011～2020)》中也明确指出密切围绕学术前沿,实现机构学从理想机构研究到真实机构研究的转变[1]。此外,并联机器人机构学是近20 年来机构学的研究热点和学科前沿, 也是我国学者在上具有重要学术影响的研究领域之一[2]。面向起重吊装物流作业对象的机构是通过多根柔索索长的协调变化使作业对象在空间运动(图1.1), 其工作特点类似并联机器人,因此可以被看成一种柔索并联机器人。
柔索并联机器人是继串联机器人和并联机器人之后出现的一种新型并联机器
人机构,在刚度和工作空间方面,柔索并联机器人介于串联机器人和并联机器人之
间。柔索并联机器人采用柔索代替连杆作为并联机器人的牵引元件,因此具有结
构简单、工作空间大、易拆装、可重组、模块化程度高、负载能力强、运动速度快以及
价格低廉等特点[3～5]。由于柔索的单向承载特点,柔索并联机器人与一般的并联
机器人在机构性能上有质的差异。近年来,受世界经济快速增长和世界贸易不断
扩大的影响,柔索并联机器人工程应用日渐增多。例如,各国研究人员纷纷开展这
方面的研究工作,研制了用于起重、检测、加工、港口货物吊装、船舶建设、海底打
捞、废物清理、石油油井灭火、超大口径射电望远镜跟踪射电源的运动、风洞飞机模
型实验等多种用途的柔索并联机器人样机[6]。因此,对柔索并联机器人的研究具
有重要的学术研究价值和现实的实际工程应用需求。
近年来,随着柔索并联机器人装备机构机械化程度和综合性能的较大提升,以及其在工程项目领域的应用不断扩大,这也对柔索并联机器人提出了更高的要求, 不仅能够高精度、率、大负载地运转,而且应具有更大的柔性输出,能迅速、方便地改变输出运动规律。然而,由于受到伺服电动机功率和扭矩的限制,目前还无法直接利用伺服电动机驱动大跨度、高负载的柔索并联机器人。混合驱动柔索并联机器人是混合驱动连杆机构驱动柔索,进而通过柔索协调牵引末端执行器实现目标期望轨迹的跟踪运动[7]。混合驱动柔索并联机器人兼容了混合驱动机构高速、高承载力、柔性可调和柔索并联机器人结构简单、