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前 言

少自由度并聯(lián)機構(gòu)用途廣泛，可以作為航天飛船對接器、航海潛艇救援對接器、高檔數(shù)控機床等設備的原型，具有結(jié)構(gòu)緊湊、設計制造和控制成本低等優(yōu)點。近年來，隨著人力資源成本的提高、社會老齡化的加劇，企業(yè)用工成本大幅增加，機器人已逐步成為重要的勞動力和生產(chǎn)工具。面向不同的應用領域，機器人需求種類的多樣化也十分迫切。

本書對并聯(lián)機器人機構(gòu)構(gòu)型演變及其機構(gòu)分析進行了系統(tǒng)闡述，提出了機構(gòu)型綜合和性能分析新方法；將六自由度Stewart并聯(lián)機構(gòu)去掉兩個驅(qū)動支鏈，得到四驅(qū)動支鏈并聯(lián)機構(gòu)；利用螺旋理論分析了機構(gòu)的運動螺旋和約束螺旋，發(fā)現(xiàn)支鏈對運動平臺無約束，故改變支鏈中與運動或固定平臺相連的運動副以及增加約束從動支鏈，可以得到3T1R（T表示移動，R表示轉(zhuǎn)動）、2T2R和1T3R四自由度并聯(lián)機構(gòu)。為了表示這些結(jié)構(gòu)相似而運動特征不同的機構(gòu)，定義了更為明晰的機構(gòu)代號表示方法。

奇異是機構(gòu)的固有屬性，機構(gòu)處于奇異位形會使其運動學和動力學性能發(fā)生突變。本書采用Jacobian代數(shù)法研究機構(gòu)奇異位形，提出采用循環(huán)迭代計算得到行列式零點，根據(jù)零點分布規(guī)律研究機構(gòu)奇異位形；根據(jù)機構(gòu)約束條件，建立并聯(lián)機構(gòu)工作空間約束方程，并建立了相應的計算流程圖，提出利用點集來近似計算機構(gòu)工作空間大小的方法；建立了并聯(lián)機構(gòu)的輸入/輸出的一階和二階影響系數(shù)矩陣，采用分層研究的方法，得到了輸入對機構(gòu)各輸出變量的影響。本書以全域性能評價指標為依據(jù)，得到了尺度參數(shù)與性能評價指標的關系；對并聯(lián)機構(gòu)進行運動學分析，根據(jù)機構(gòu)的輸入與輸出位置關系方程，推導出機構(gòu)的輸入與輸出的速度和加速度關系方程，采用改進的PSO（粒子群優(yōu)化）算法為基本求解方法，同時與Broyden迭代法相結(jié)合，得到了機構(gòu)的高精度位置正解；根據(jù)推導出的運動學方程，在給定輸入的條件下，得到了機構(gòu)輸出端位置、速度和加速度變化規(guī)律；對機構(gòu)進行受力分析，利用N-E（牛頓-歐拉）法建立了機構(gòu)動力學方程，根據(jù)未知數(shù)與方程數(shù)量，將機構(gòu)分為含局部自由度機構(gòu)、靜定機構(gòu)和過約束機構(gòu)；在不同的輸入軌跡條件下，得到了機構(gòu)的驅(qū)動力和運動副約束反力/力偶的變化規(guī)律。

本書利用仿真軟件，建立了機構(gòu)的虛擬樣機模型，通過仿真計算驗證了理論計算結(jié)果；根據(jù)機構(gòu)運動特征，說明了書中并聯(lián)機器人機構(gòu)的潛在應用價值。

希望本書內(nèi)容能為機構(gòu)綜合和分析提供借鑒。由于本人水平有限，書中難免存在疏漏之處，懇請讀者、專家批評指正，不吝賜教。

季 曄

2017年4月