高速并聯(lián)機(jī)器人：建模優(yōu)化、運(yùn)動(dòng)控制與工程化應(yīng)用

前言

第1章 高速并聯(lián)機(jī)器人的研究關(guān)鍵 1
1.1 并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)的背景及研究的目的和意義 1
1.2 剛性并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模研究現(xiàn)狀 3
1.3 考慮桿件柔性的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模 4
1.3.1 柔性桿件建模 4
1.3.2 動(dòng)力學(xué)模型逼近 5
1.3.3 考慮桿件柔性的并聯(lián)機(jī)器人剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)建模 6
1.4 機(jī)器人優(yōu)化設(shè)計(jì) 7
1.4.1 機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 7
1.4.2 驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)部件優(yōu)化 8
1.4.3 集成優(yōu)化設(shè)計(jì) 8
1.5 考慮部件柔性的機(jī)器人軌跡規(guī)劃 8
1.5.1 間接法 9
1.5.2 直接法 9
1.6 考慮部件柔性的機(jī)器人控制 10
1.6.1 基于奇異攝動(dòng)及積分流形的復(fù)合控制 10
1.6.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制 11
1.6.3 基于智能材料與智能結(jié)構(gòu)的主動(dòng)控制 12
1.6.4 輸入整形 13
1.7 關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題 14

第2章 高速并聯(lián)機(jī)器人剛體動(dòng)力學(xué)建模 16
2.1 引言 16
2.2 3RRR并聯(lián)機(jī)器人剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué) 16
2.2.1 3RRR并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué) 16
2.2.2 基于牛頓-歐拉法的3RRR并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模 19
2.3 2PUR-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)建模 21
2.3.1 2PUR-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)建模 21
2.3.2 2PUR-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模 26
2.3.3 2PUR-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性分析 32
2.3.4 機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)與性能的仿真研究 33
2.4 本章小結(jié) 37

第3章 高速并聯(lián)機(jī)器人剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)建模 38
3.1 引言 38
3.2 考慮邊界效應(yīng)的柔性桿件曲率有限元建模 38
3.3 基于凱恩方程的高速并聯(lián)機(jī)器人剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)建模 42
3.3.1 剛?cè)狁詈线\(yùn)動(dòng)關(guān)系建模 42
3.3.2 廣義坐標(biāo) 44
3.3.3 偏速度與偏角速度 44
3.3.4 廣義慣性力 48
3.3.5 廣義主動(dòng)力 50
3.3.6 動(dòng)力學(xué)方程的建立 51
3.4 剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型驗(yàn)證 53
3.4.1 模態(tài)分析 53
3.4.2 加速度響應(yīng)分析 55
3.5 本章小結(jié) 57

第4章 高速輕型并聯(lián)機(jī)器人集成優(yōu)化設(shè)計(jì) 58
4.1 引言 58
4.2 集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 58
4.3 集成優(yōu)化設(shè)計(jì)指標(biāo) 59
4.3.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)指標(biāo) 59
4.3.2 驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)性能 64
4.3.3 控制系統(tǒng)性能 67
4.4 優(yōu)化模型 68
4.5 優(yōu)化算法及結(jié)果 69
4.5.1 優(yōu)化算法 69
4.5.2 優(yōu)化結(jié)果 69
4.6 本章小結(jié) 74

第5章 高速并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與優(yōu)化 75
5.1 引言 75
5.2 并聯(lián)機(jī)器人平滑運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法 75
5.2.1 空間直線平滑運(yùn)動(dòng)規(guī)劃 75
5.2.2 空間圓弧運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法 77
5.2.3 基于三次樣條曲線的空間多點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃 78
5.2.4 運(yùn)動(dòng)規(guī)劃仿真分析 80
5.3 基于多模態(tài)輸入整形與PSO的殘余振動(dòng)抑制 84
5.3.1 輸入整形振動(dòng)抑制原理與多模態(tài)整形器 84
5.3.2 基于PSO的多模態(tài)整形器位置優(yōu)化 86
5.4 基于分段偽譜法的點(diǎn)到點(diǎn)軌跡優(yōu)化 88
5.4.1 點(diǎn)到點(diǎn)軌跡優(yōu)化模型建立 88
5.4.2 基于分段偽譜法的點(diǎn)到點(diǎn)軌跡優(yōu)化 90
5.5 基于分段偽譜法與多模態(tài)輸入整形的點(diǎn)到點(diǎn)軌跡優(yōu)化 92
5.6 本章小結(jié) 95

第6章 高速并聯(lián)機(jī)器人的軌跡跟蹤控制 96
6.1 引言 96
6.2 不考慮柔性的并聯(lián)機(jī)器人軌跡跟蹤控制算法 96
6.2.1 基于反饋線性化的軌跡跟蹤控制 96
6.2.2 基于UDE的軌跡跟蹤控制 97
6.3 基于積分流型與觀測(cè)器的3RRR并聯(lián)機(jī)器人軌跡跟蹤控制 102
6.3.1 基于積分流形的模型降階 102
6.3.2 復(fù)合控制算法設(shè)計(jì) 105
6.3.3 基于反演算法的慢速子系統(tǒng)控制 105
6.3.4 基于滑模變結(jié)構(gòu)的快速子系統(tǒng)控制 109
6.3.5 曲率變化率高增益觀測(cè)器設(shè)計(jì) 110
6.3.6 系統(tǒng)穩(wěn)定性證明 112
6.3.7 算法仿真 113
6.4 本章小結(jié) 118

第7章 性能測(cè)試與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 120
7.1 引言 120
7.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建 120
7.3 重復(fù)定位精度測(cè)試 121
7.4 動(dòng)力學(xué)模型驗(yàn)證 123
7.4.1 模態(tài)測(cè)試 124
7.4.2 加速度響應(yīng)測(cè)試 128
7.5 軌跡優(yōu)化驗(yàn)證 128
7.5.1 基于多模態(tài)輸入整形與PSO的殘余振動(dòng)抑制實(shí)驗(yàn) 129
7.5.2 基于分段偽譜法與多模態(tài)輸入整形的軌跡優(yōu)化實(shí)驗(yàn) 130
7.6 本章小結(jié) 131
結(jié)論 133

附錄 135
附錄A 理論模型與ABAQUS軟件分析振型圖 135
附錄B 2PUR-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)部分公式 137
參考文獻(xiàn) 139