Structural Synthesis of Parallel Robots pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Gogu, Grigore

出品人:

页数:724

译者:

出版时间:2007-1

价格:$ 236.17

装帧:HRD

isbn号码:9781402051029

丛书系列:

图书标签:

Parallel Robots
Structural Synthesis
Mechanism Design
Kinematics
Dynamics
Robotics
Automation
Engineering
Mechanical Engineering
Machine Design

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具体描述

This is the first book of robotics presenting solutions of uncoupled and fully-isotropic parallel robotic manipulators and a method for their structural synthesis. Part 1 presents the methodology proposed for structural synthesis. Part 2 presents the various topologies of parallel robots generated by this systematic approach. Many solutions are presented here for the first time. The book will contribute to a widespread implementation of these solutions in industrial products.

好的，这是一份关于一本名为《结构合成：平行机器人理论与应用》的图书简介，内容严格围绕此书可能涵盖的领域展开，避免提及您提到的特定书名及其内容，力求详尽且自然流畅。 --- 图书简介：《结构合成：平行机器人理论与应用》导言：重新定义运动学的未来在当代机器人学领域，串联机器人以其灵活性和高自由度占据了主要地位，但平行机器人以其独特的结构优势——高刚度、高精度、高速度以及出色的承载能力——在特定的工业制造、航空航天模拟和精密操作任务中展现出不可替代的价值。然而，传统的设计流程往往受限于经验主义和迭代试错，难以系统性地探索最优的机构布局。本书《结构合成：平行机器人理论与应用》正是在这样的背景下应运而生，它旨在提供一套系统的、面向结构的设计范式，以应对现代高性能机器人系统对复杂运动学和动力学控制的严苛要求。本书的基石在于“结构合成”这一核心理念，它将机器人本体结构的生成过程视为一个高度约束的优化问题。不同于仅关注末端执行器轨迹规划的传统方法，本书深入探讨了如何从机构的拓扑结构、自由度分配和关键性能指标（如工作空间、刚度分布和可操作性）出发，反向推导出最优的运动链组合。第一部分：平行机器人基础与几何构建本书首先为读者奠定了扎实的理论基础。不同于传统的基于四元数或齐次变换矩阵的运动学描述，本书侧重于利用闭环约束方程和代数几何方法来精确建模机构的运动。我们详细阐述了如何通过Grübler-Kutzbach准则的扩展形式，对具有不同约束模式（如全约束、欠约束和过约束）的平行机构进行分类和分析。重点章节深入剖析了运动学逆解与正解的数值稳定性问题。针对高阶非线性方程组可能出现的奇异解和多解性，本书提出了一套基于李群理论和微分几何的结构化求解框架，确保在高速动态环境中，控制系统能够获得可靠且实时的运动学反馈。我们引入了“运动学可逆性”的概念，用以量化结构设计对控制性能的内在影响。第二部分：工作空间与性能度量一个机构的价值不仅在于其运动能力，更在于其在工作空间内性能的均匀性。本书的核心贡献之一在于对工作空间（Workspace）的全面解析。我们不仅仅停留在静态可达工作空间的计算，而是引入了动态工作空间（考虑惯性力和驱动器力矩限制）和力学工作空间（考虑刚度和负载能力）的概念。书中详细阐述了基于结构矩阵的性能指标。通过对雅可比矩阵的奇异值分解，我们量化了机构的可操作性（Manipulability）和刚度（Stiffness）。这些指标不再是事后的评估工具，而是内嵌于结构设计过程中的目标函数。读者将学习如何利用这些指标，识别机构的薄弱环节，并指导连杆长度、关节类型和驱动器布局的优化选择。第三部分：结构合成的系统方法论本部分是本书方法论的核心，旨在将“设计”转化为“合成”。我们不再被动地选择现有机构，而是主动地生成满足特定任务要求的机构族。 1. 拓扑枚举与筛选：采用图论方法对所有可能的闭环机构拓扑结构进行系统性枚举，并结合自由度约束代数，快速筛选出符合目标自由度和运动特性的候选结构。 2. 参数化建模与优化：针对筛选出的拓扑结构，本书提出了一个统一的连杆长度和关节位置参数化模型。利用多目标优化算法（如遗传算法、粒子群优化），在工作空间均匀性、刚度最大化和结构紧凑性之间寻找帕累托最优解集。 3. 驱动器布局优化：平行机器人的驱动器布局直接决定了其运动学奇异性。本书引入了基于力传递效率的驱动器放置算法，旨在最小化驱动力矩波动，并使机构在关键工作区域内远离运动学奇点。第四部分：新型机构的设计与实例本书的最后部分通过一系列前沿案例，展示了结构合成方法的实际威力。我们不再局限于传统的Stewart平台或Delta机器人，而是聚焦于高维输出和特定约束任务的机器人设计。超静刚度机构合成：针对需要承受极端载荷的测试平台，我们演示了如何通过引入过约束闭环，在不损失有效自由度的情况下，显著提升机构的静刚度。可重构机构设计：探讨了如何设计具有模块化关节和可切换拓扑的平行机器人，使其能够通过改变关节连接状态或配置参数，适应不同类型的工作任务，实现“一机多用”。面向特定工业应用的案例研究：涵盖了高精度光学对准系统、复杂曲面加工的五轴/六轴并行机床，以及用于大型结构装配的超大工作空间机构设计。结论与展望《结构合成：平行机器人理论与应用》旨在将平行机器人设计从依赖经验的艺术提升为一门基于严谨数学模型的科学。它不仅是机器人设计工程师和研究人员的参考手册，更是对现有机器人设计范式提出挑战的有力工具。通过掌握结构合成的系统方法，未来的高性能机器人系统将能够以更快的速度、更高的效率，实现从需求到最优结构的直接映射。本书所提出的理论框架和计算工具，为下一代高精度、高鲁棒性平行机器人的出现奠定了坚实的理论基石。