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    少自由度并聯(lián)機構性質(zhì)及應用

    少自由度并聯(lián)機構性質(zhì)及應用

    • 作者
    • 石巖 著(zhù)

    本書(shū)以移動(dòng)Jacobian 矩陣和轉動(dòng)Jacobian 矩陣為基礎,結合CAD 變量幾何技術(shù),對少自由度并聯(lián)機構,特別是3、4 自由度并聯(lián)機構的運動(dòng)學(xué)、奇異位形和工作空間等進(jìn)行了介紹。結合工業(yè)實(shí)際,將少自由度并聯(lián)機構應用于玻璃搬運領(lǐng)域,綜合出新型并聯(lián)玻璃搬運機械手,并介紹樣機研制與調試。本書(shū)對讀者系統掌握少自由度并聯(lián)機構的研究方法具有一定的指導意義,同時(shí)也為少自由度并聯(lián)...


    • ¥98.00

    ISBN: 978-7-122-45117-0

    版次: 1

    出版時(shí)間: 2024-05-01

    圖書(shū)介紹

    ISBN:978-7-122-45117-0

    語(yǔ)種:漢文

    開(kāi)本:16

    出版時(shí)間:2024-05-01

    裝幀:平

    頁(yè)數:210

    編輯推薦

    本書(shū)系統論述了解耦構型綜合的方法,內容新穎,系統全面。本書(shū)具有以下兩大特色: (1)內容新穎:本書(shū)以移動(dòng)Jacobian矩陣和轉動(dòng)Jacobian矩陣為基礎,結合CAD變量幾何技術(shù),對少自由度并聯(lián)機構,特別是3、4自由度并聯(lián)機構的運動(dòng)學(xué)、奇異位形和工作空間等重要性質(zhì)進(jìn)行介紹,展現了現代機構學(xué)在理論研究與應用研究方面的新思想、新概念、新技術(shù)與新方法。對從事機構學(xué)、機器人學(xué)的教學(xué)及科學(xué)研究具有一定的啟發(fā)與幫助。 (2)系統全面:主要包含基于Jacobian和Hessian矩陣的少自由度并聯(lián)機構和實(shí)驗臺的運動(dòng)學(xué)分析、少自由度并聯(lián)機構的運動(dòng)學(xué)分析、少自由度并聯(lián)機構奇異分析、少自由度并聯(lián)機構的工作空間分析、少自由度并聯(lián)機構的樣機調試等從理論到實(shí)際應用的內容。

    圖書(shū)前言

    和傳統的6自由度并聯(lián)機構相比,少自由度并聯(lián)機構具有驅動(dòng)件少、控制簡(jiǎn)單方便、制造容易、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。近年來(lái),少自由度并聯(lián)機構成為國際機構學(xué)和機器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),少自由度并聯(lián)機構的性質(zhì)研究包括運動(dòng)學(xué)、奇異位形和工作空間等等。
    運動(dòng)學(xué)是機構分析的重要組成部分,Jacobian矩陣在并聯(lián)機構的運動(dòng)學(xué)分析中十分重要。傳統意義上少自由度并聯(lián)機構的Jacobian矩陣不是方陣,即機構的輸入和輸出之間不滿(mǎn)足一一對應關(guān)系。這種現象出現的本質(zhì)原因是動(dòng)平臺的各個(gè)輸出速度分量并不是獨立的。本書(shū)用移動(dòng)Jacobian矩陣和轉動(dòng)Jacobian矩陣分別表示動(dòng)平臺的線(xiàn)速度和角速度與機構獨立輸出速度矢量之間的關(guān)系。通過(guò)移動(dòng)和轉動(dòng)Jacobian矩陣,得到了n(n<6)自由度并聯(lián)機構的n×n 型Jacobian方陣并對其速度進(jìn)行了分析;在移動(dòng)和轉動(dòng)Jacobian矩陣的基礎上,建立表示動(dòng)平臺的線(xiàn)加速度和角加速度與機構的獨立輸出加速度矢量之間關(guān)系的移動(dòng)和轉動(dòng)Hessian矩陣,進(jìn)而對少自由度并聯(lián)機構的加速度進(jìn)行了分析。
    少自由度并聯(lián)機構總體上具有比6自由度并聯(lián)機構更復雜的運動(dòng)特性,特別是動(dòng)平臺的運動(dòng)受到約束后會(huì )表現出很多特殊的性質(zhì),這使得少自由度并聯(lián)機構機型匱乏,與實(shí)際應用中的廣泛需求相距甚遠。本書(shū)綜合出了多種3、4自由度并聯(lián)機構,包括含約束分支的并聯(lián)機構、驅動(dòng)分支數小于自由度數的并聯(lián)機構,以及含非直線(xiàn)分支的并聯(lián)機構等。以移動(dòng)和轉動(dòng)Jacobian矩陣為基礎,對所綜合出來(lái)的機構進(jìn)行了詳細的運動(dòng)學(xué)分析。
    并聯(lián)機構的奇異位形是并聯(lián)機構設計、分析和應用中的一個(gè)重要問(wèn)題。Jacobian代數法是研究并聯(lián)機構奇異位形最通用的方法。本書(shū)通過(guò)移動(dòng)和轉動(dòng)Jacobian矩陣,以及由這兩個(gè)矩陣所得的n×n 型Jacobian方陣,對少自由度并聯(lián)機構,特別是具有不同運動(dòng)形式的3、4自由度并聯(lián)機構的奇異位形進(jìn)行了分析,包括三維移動(dòng)并聯(lián)機構、三維轉動(dòng)并聯(lián)機構、具有混合運動(dòng)的3自由度并聯(lián)機構、三移一轉4自由度并聯(lián)機構、三轉一移4自由度并聯(lián)機構,以及移動(dòng)和轉動(dòng)耦合的4自由度并聯(lián)機構等。
    對于一種新型機構,能夠準確、方便地分析其工作空間對于評定該機構的實(shí)際應用價(jià)值十分有幫助。本書(shū)介紹了求解少自由度并聯(lián)機構工作空間的步驟,并以3、4自由度并聯(lián)機構為重點(diǎn),詳細闡述了其工作空間的構造過(guò)程,定義了描述工作空間的參數,討論了運動(dòng)副的布置對少自由度并聯(lián)機構特別是3自由度并聯(lián)機構工作空間的影響。
    在上述研究分析的基礎上,將新型并聯(lián)機構引入玻璃搬運機械手設計過(guò)程中,圍繞玻璃上下片的動(dòng)作過(guò)程,設計了多種少自由度并聯(lián)玻璃搬運機械手,對新型并聯(lián)玻璃搬運機械手的性質(zhì)展開(kāi)研究,進(jìn)而改善玻璃搬運機械手的性能,加快少自由度并聯(lián)機械結構在實(shí)際生產(chǎn)中的應用進(jìn)程。
    本書(shū)共分為7章。第1章綜述了少自由度并聯(lián)機器人的應用與少自由度并聯(lián)機構的研究現狀;第2章闡述了基于Jacobian和Hessian矩陣的少自由度并聯(lián)機構的運動(dòng)學(xué);第3章對幾種少自由度并聯(lián)機構進(jìn)行運動(dòng)學(xué)分析;第4章論述了基于Jacobian矩陣的少自由度并聯(lián)機構奇異性;第5章論述了少自由度并聯(lián)機構的工作空間;第6章介紹了少自由度并聯(lián)機構的樣機調試;第7章介紹了少自由度并聯(lián)玻璃搬運機械手的分析與設計。
    本書(shū)可供機械、機器人或相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人員與對機器人領(lǐng)域感興趣的讀者閱讀、參考。
    鑒于筆者水平有限,一些學(xué)術(shù)觀(guān)點(diǎn)與書(shū)中文字的欠妥之處,懇請讀者給予批評指正。
    
    石巖
    河北水利電力學(xué)院
    

    作者簡(jiǎn)介

    石巖,機械電子工程專(zhuān)業(yè)博士,第三屆全國水利職教教學(xué)新星,河北省優(yōu)秀教師,“河北省三三三人才工程”三層次人才。主要研究方向為機器人機構學(xué)理論與應用,主研、主持完成國家、教育部、省市級項目等9項,包括國家自然科學(xué)基金項目“具有被動(dòng)分支自由度為3和4并聯(lián)機器人機構綜合與性質(zhì)研究”、教育部博士點(diǎn)基金項目“可變式少自由度并聯(lián)機器人機構性能的理論研究與實(shí)驗綜合”、河北省高等學(xué)??茖W(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項目“高可靠性平板玻璃上下片機械手關(guān)鍵技術(shù)研究”等?;谘芯抗ぷ靼l(fā)表論文30余篇,其中SCI檢索9篇,中文核心期刊12篇;編寫(xiě)教材5部;獲國家實(shí)用新型專(zhuān)利授權17項。主研完成的項目獲2015年度河北省自然科學(xué)三等獎。

    精彩書(shū)摘

    本書(shū)以移動(dòng)Jacobian 矩陣和轉動(dòng)Jacobian 矩陣為基礎,結合CAD 變量幾何技術(shù),對少自由度并聯(lián)機構,特別是3、4 自由度并聯(lián)機構的運動(dòng)學(xué)、奇異位形和工作空間等進(jìn)行了介紹。結合工業(yè)實(shí)際,將少自由度并聯(lián)機構應用于玻璃搬運領(lǐng)域,綜合出新型并聯(lián)玻璃搬運機械手,并介紹樣機研制與調試。本書(shū)對讀者系統掌握少自由度并聯(lián)機構的研究方法具有一定的指導意義,同時(shí)也為少自由度并聯(lián)機構在其他領(lǐng)域的應用提供了重要思路。
    本書(shū)適合從事機器人特別是并聯(lián)機器人研究與開(kāi)發(fā)的科研工作者與工程技術(shù)人員使用,也可供高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)師生參考學(xué)習使用。

    目錄

    第1章緒論001
    1.1并聯(lián)機器人的起源和發(fā)展002
    1.2少自由度并聯(lián)機器人的應用006
    1.2.1三維移動(dòng)并聯(lián)機器人的應用006
    1.2.2三維轉動(dòng)并聯(lián)機器人的應用008
    1.2.3具有混合運動(dòng)少自由度并聯(lián)機器人的應用009
    1.2.4專(zhuān)用機械手對少自由度并聯(lián)機構的應用需求011
    1.3少自由度并聯(lián)機構的研究現狀013
    1.3.1幾種特殊構型的少自由度并聯(lián)機構研究概述013
    1.3.2少自由度并聯(lián)機構運動(dòng)學(xué)研究現狀016
    1.3.3少自由度并聯(lián)機構奇異位形研究現狀017
    1.3.4少自由度并聯(lián)機構工作空間研究現狀018
    1.4本書(shū)意義及內容020
    
    第2章少自由度并聯(lián)機構移/轉動(dòng)Jacobian 和Hessian 矩陣023
    2.1概述024
    2.2基于移/轉動(dòng)Jacobian 和Hessian 矩陣的少自由度并聯(lián)機構運動(dòng)學(xué)分析025
    2.2.1少自由度并聯(lián)機構模型簡(jiǎn)介025
    2.2.2少自由度并聯(lián)機構位置分析025
    2.2.3移/轉動(dòng)Jacobian 矩陣及速度分析028
    2.2.4移/轉動(dòng)Hessian 矩陣及加速度分析031
    2.32SPS+SPR+SP 實(shí)驗臺的運動(dòng)學(xué)分析033
    2.3.12SPS+SPR+SP 機構描述及自由度計算033
    2.3.22SPS+SPR+SP 機構的位置分析035
    2.3.32SPS+SPR+SP 機構的速度分析039
    2.3.42SPS+SPR+SP 機構的加速度分析040
    2.3.5數值算例041
    2.3.62SPS+SPR+X 機構的約束分支綜合051
    2.4本章小結052
    
    第3章幾種少自由度并聯(lián)機構的運動(dòng)學(xué)分析054
    3.1概述055
    3.2坐標系的建立與通用公式055
    3.3一種平面對稱(chēng)3-SPR 并聯(lián)機構的運動(dòng)學(xué)分析056
    3.3.1平面對稱(chēng)3-SPR 機構描述及自由度計算056
    3.3.2平面對稱(chēng)3-SPR 機構的位置分析057
    3.3.3平面對稱(chēng)3-SPR 機構的速度和加速度分析060
    3.4一種2SPR+UPU 并聯(lián)機構的運動(dòng)學(xué)分析065
    3.4.12SPR+UPU 機構描述及自由度計算065
    3.4.22SPR+UPU 機構的位置分析066
    3.4.32SPR+UPU 機構的速度和加速度分析068
    3.5一種4 自由度過(guò)約束并聯(lián)機構的運動(dòng)學(xué)分析073
    3.5.12UPU+RRPU 機構描述及自由度計算073
    3.5.22UPU+RRPU 機構的位置分析074
    3.5.32UPU+RRPU 機構的速度和加速度分析077
    3.6一種含非直線(xiàn)分支的4 自由度并聯(lián)機構運動(dòng)學(xué)分析082
    3.6.12SPS+RPRR 機構描述及自由度計算082
    3.6.22SPS+RPRR 機構的位置分析083
    3.6.32SPS+RPRR 機構的速度和加速度分析085
    3.7本章小結095
    
    第4章基于移/轉動(dòng)Jacobian 矩陣的少自由度并聯(lián)機構奇異分析096
    4.1概述097
    4.23 自由度并聯(lián)機構的奇異分析098
    4.2.13 自由度并聯(lián)機構的分類(lèi)及Jacobian 矩陣098
    4.2.2三維移動(dòng)并聯(lián)機構的奇異分析099
    4.2.3三維轉動(dòng)并聯(lián)機構的奇異分析100
    4.2.4具有混合運動(dòng)3 自由度并聯(lián)機構的奇異分析106
    4.34 自由度并聯(lián)機構的奇異分析120
    4.3.14 自由度并聯(lián)機構的分類(lèi)及Jacobian 矩陣120
    4.3.23T1R 4 自由度并聯(lián)機構的奇異分析122
    4.3.33R1T 4 自由度并聯(lián)機構的奇異分析125
    4.3.4移動(dòng)和轉動(dòng)耦合的4 自由度并聯(lián)機構的奇異分析128
    4.4本章小結133
    
    第5章少自由度并聯(lián)機構的工作空間分析135
    5.1概述136
    5.2基本概念和方法136
    5.2.1一般并聯(lián)機構及其工作空間136
    5.2.2位置空間的通用求解方法137
    5.2.3姿態(tài)角的描述及求解方法140
    5.33 自由度并聯(lián)機構的工作空間141
    5.3.13 自由度并聯(lián)機構工作空間的描述141
    5.3.2一種平面對稱(chēng)3-SPR 并聯(lián)機構的工作空間142
    5.44 自由度并聯(lián)機構的工作空間144
    5.4.1線(xiàn)性驅動(dòng)的4 自由度并聯(lián)機構的工作空間145
    5.4.2包含轉動(dòng)驅動(dòng)的4 自由度并聯(lián)機構的工作空間Ⅰ 148
    5.4.3包含轉動(dòng)驅動(dòng)的4 自由度并聯(lián)機構的工作空間Ⅱ 150
    5.55 自由度并聯(lián)機構的工作空間152
    5.5.12SPS+RRPRR 機構及其模擬機構152
    5.5.22SPS+RRPRR 機構的可達工作空間153
    5.6運動(dòng)副布置對并聯(lián)機構工作空間的影響分析155
    5.6.1運動(dòng)副布置及其對工作空間的影響155
    5.6.2運動(dòng)副布置對2SPS+SPR+SP 實(shí)驗臺工作空間的影響分析156
    5.6.3運動(dòng)副布置對3-SPR 并聯(lián)機構工作空間的影響分析158
    5.6.4運動(dòng)副布置對2SPR+UPU 并聯(lián)機構工作空間的影響分析161
    5.7本章小結164
    
    第6章3 種少自由度并聯(lián)機構的樣機調試165
    6.1概述166
    6.2平面對稱(chēng)3-SPR 并聯(lián)機構樣機調試167
    6.2.1可調式3-SPS 型并聯(lián)機構實(shí)驗平臺167
    6.2.2平面對稱(chēng)3-SPR 并聯(lián)機構樣機調試過(guò)程167
    6.32SPS+SPR+SP 并聯(lián)機構樣機調試169
    6.3.1可調式具有被動(dòng)約束分支3 自由度并聯(lián)機構簡(jiǎn)介169
    6.3.22SPS+SPR+SP 并聯(lián)機構樣機調試過(guò)程170
    6.42UPU+RRPU 并聯(lián)機構樣機調試171
    6.5本章小結172
    
    第7章幾種少自由度并聯(lián)玻璃搬運機械手的設計173
    7.1概述174
    7.2一種抑制振動(dòng)的玻璃上下片機械手的設計與分析174
    7.2.1機械手機構簡(jiǎn)介174
    7.2.2機械手模型制作175
    7.2.3機械手動(dòng)力學(xué)仿真分析178
    7.3平板玻璃上下片機械手執行機構結構設計及動(dòng)力學(xué)分析180
    7.3.1總體布局結構設計180
    7.3.2執行機構的結構設計181
    7.3.3基于SolidWorks Motion 的執行機構動(dòng)力學(xué)分析181
    7.4一種減振平板玻璃上下片機械手的設計185
    7.4.1上下片機械手機械結構設計185
    7.4.2有益效果187
    7.5一種高度可調節的平板玻璃轉運機械手的設計188
    7.5.1轉運機械手機械結構設計188
    7.5.2有益效果190
    7.6基于西門(mén)子PLC 的平板玻璃上下片機械手控制系統設計191
    7.6.1平板玻璃上下片機械手機構簡(jiǎn)介191
    7.6.2機械手控制的基本要求192
    7.6.3機械手控制系統硬件設計193
    7.6.4機械手PLC 程序設計194
    7.7一種部分解耦并聯(lián)玻璃搬運機械手樣機研制196
    7.7.1部分解耦并聯(lián)玻璃搬運機械手機構簡(jiǎn)介196
    7.7.2樣機加工制作198
    7.8本章小結198
    
    參考文獻200

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