前 言

少自由度并聯(lián)機(jī)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(jī)床等設(shè)備的原型，具有結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計制造和控制成本低等優(yōu)點(diǎn)。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(jī)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(yīng)用領(lǐng)域，機(jī)器人需求種類的多樣化也十分迫切。

本書對并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)構(gòu)型演變及其機(jī)構(gòu)分析進(jìn)行了系統(tǒng)闡述，提出了機(jī)構(gòu)型綜合和性能分析新方法；將六自由度Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)去掉兩個驅(qū)動支鏈，得到四驅(qū)動支鏈并聯(lián)機(jī)構(gòu)；利用螺旋理論分析了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動螺旋和約束螺旋，發(fā)現(xiàn)支鏈對運(yùn)動平臺無約束，故改變支鏈中與運(yùn)動或固定平臺相連的運(yùn)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(jī)構(gòu)。為了表示這些結(jié)構(gòu)相似而運(yùn)動特征不同的機(jī)構(gòu)，定義了更為明晰的機(jī)構(gòu)代號表示方法。

奇異是機(jī)構(gòu)的固有屬性，機(jī)構(gòu)處于奇異位形會使其運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)性能發(fā)生突變。本書采用Jacobian代數(shù)法研究機(jī)構(gòu)奇異位形，提出采用循環(huán)迭代計算得到行列式零點(diǎn)，根據(jù)零點(diǎn)分布規(guī)律研究機(jī)構(gòu)奇異位形；根據(jù)機(jī)構(gòu)約束條件，建立并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間約束方程，并建立了相應(yīng)的計算流程圖，提出利用點(diǎn)集來近似計算機(jī)構(gòu)工作空間大小的方法；建立了并聯(lián)機(jī)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(jī)構(gòu)各輸出變量的影響。本書以全域性能評價指標(biāo)為依據(jù)，得到了尺度參數(shù)與性能評價指標(biāo)的關(guān)系；對并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析，根據(jù)機(jī)構(gòu)的輸入與輸出位置關(guān)系方程，推導(dǎo)出機(jī)構(gòu)的輸入與輸出的速度和加速度關(guān)系方程，采用改進(jìn)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(jī)構(gòu)的高精度位置正解；根據(jù)推導(dǎo)出的運(yùn)動學(xué)方程，在給定輸入的條件下，得到了機(jī)構(gòu)輸出端位置、速度和加速度變化規(guī)律；對機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析，利用N-E（牛頓-歐拉）法建立了機(jī)構(gòu)動力學(xué)方程，根據(jù)未知數(shù)與方程數(shù)量，將機(jī)構(gòu)分為含局部自由度機(jī)構(gòu)、靜定機(jī)構(gòu)和過約束機(jī)構(gòu)；在不同的輸入軌跡條件下，得到了機(jī)構(gòu)的驅(qū)動力和運(yùn)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(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī)模型，通過仿真計算驗證了理論計算結(jié)果；根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動特征，說明了書中并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的潛在應(yīng)用價值。

希望本書內(nèi)容能為機(jī)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