机器人机构拓扑学及其创建历程
作者: 杨廷力
出版时间:2022-12
出版社:高等教育出版社
- 高等教育出版社
- 9787040586497
- 1版
- 454403
- 46254967-6
- 16开
- 2022-12
- 500
- 420
- 机械、能源类
- 研究生及以上
本书主要内容分为两篇。第一篇为“机器人机构拓扑学”,可为机构的拓扑创新设计(发明新机构)提供系统的理论与方法。主要内容包括: 3个基本概念(运动副轴线的几何约束类型、单开链单元和方位特征集)、3个基本原理(运动特征对应性原理、拓扑等效原理和基于 SOC单元的机构组成原理)、 4个基本公式(串联机构 POC方程与并联机构 POC方程及其线性符号运算方法、具有一般性的空间机构 DOF公式和 Assur运动链的耦合度公式)、机构拓扑设计的系统方法(简单支路拓扑综合的一般方法、基于拓扑等效原理的复杂支路拓扑综合的一般方法和并联机构拓扑设计的系统方法)以及拓扑设计方法的主要特点(包括拓扑结构类型综合与类型的性能分析及其优选,此方法既与运动位置无关,可得到非瞬时性机构,又与定坐标系无关,因而机构存在的几何条件具有一般性)。第二篇为“机构学新理论体系的创建与发展”。主要内容包括:学术研究之路——兴趣、探索与贡献,学术研究的纵向发展过程;学术研究之道——机构拓扑学基本公式的创建、质疑与回应,学术研究之路的横断面放大图;学术研究之美——“情”与“理”的融合,原始创新源于非逻辑思维的灵感。
本书可作为机构学、机器人学、制造系统与自动化等相关领域的研究生教材或高年级本科生教材,也可作为相关科研人员的参考用书。
前辅文
第1章 绪论
1.1 机器人机构拓扑学的发展概况
1.1.1 机构的拓扑设计
1.1.2 机构拓扑学的基本任务
1.1.3 机构拓扑设计的基本模式
1.1.4 拓扑设计的主要方法
1.1.5 机构学理论体系
1.2 本书的目标与原创性成果
1.2.1 主要目标
1.2.2 基本概念
1.2.3 基本原理
1.2.4 基本公式
1.2.5 并联机构的拓扑特征
1.2.6 并联机构拓扑设计方法
1.2.7 基于单开链单元的机构学理论体系
1.3 机构学新理论体系的创建历程
1.3.1 学术研究之路:兴趣、探索与贡献
1.3.2 学术研究之道:创建、质疑与回应
1.3.3 学术研究之美:理、情与景的融合
1.4 本章小结
参考文献
第一篇 机器人机构拓扑学
第2章 机构的拓扑结构及其符号表示
2.1 概述
2.1.1 机构拓扑结构的传统描述方法
2.1.2 机构拓扑结构描述方法的进展
2.1.3 机构的拓扑结构设计
2.2 机构拓扑结构的三要素
2.2.1 运动副类型
2.2.2 单开链单元及其连接关系
2.2.3 运动副轴线的几何约束类型
2.3 机构拓扑结构的符号表示
2.3.1 多自由度运动副的符号表示
2.3.2 机构拓扑结构的符号表示
2.3.3 单开链的拓扑结构组成
2.4 机构拓扑结构的运动过程不变性
2.5 机构拓扑结构的定义
2.6 基于拓扑结构的机构分类
2.7 本章小结
参考文献
第3章 方位特征集
3.1 概述
3.2 运动副的方位特征集
3.2.1 P副的方位特征集
3.2.2 R副的方位特征集
3.2.3 H副的方位特征集
3.3 机构的方位特征集
3.3.1 引例
3.3.2 方位特征集
3.3.3 确定机构方位特征集的方法
3.4 方位特征集的维数
3.5 方位特征集的基本类型
3.6 本章小结
参考文献
第4章 串联机构方位特征方程
4.1 概述
4.2 串联机构速度的单位矢量集方程
4.2.1 串联机构的速度分析
4.2.2 串联机构速度的单位矢量集方程
4.3 串联机构速度特征方程及其线性符号运算
4.3.1 串联机构速度特征方程
4.3.2 串联机构速度特征方程的线性符号运算
4.4 串联机构方位特征方程及其线性符号运算
4.4.1 串联机构方位特征方程
4.4.2 串联机构方位特征方程的线性符号运算
4.5 串联机构方位特征集的计算
4.5.1 主要步骤
4.5.2 举例
4.6 单回路运动链的独立位移方程数
4.7 本章小结
参考文献
第5章 并联机构方位特征方程
5.1 概述
5.2 并联机构速度的单位矢量集方程
5.3 并联机构速度特征方程及其线性符号运算
5.3.1 并联机构速度特征方程
5.3.2 并联机构速度特征方程的线性符号运算
5.4 并联机构方位特征方程及其线性符号运算
5.4.1 并联机构方位特征方程
5.4.2 并联机构方位特征方程的线性符号运算
5.5 并联机构支路的基本特性
5.5.1 支路的方位特征集
5.5.2 简单支路与复杂支路
5.5.3 拓扑等效原理
5.6 并联机构方位特征集的计算
5.6.1 主要步骤
5.6.2 举例
5.7 本章小结
参考文献
第6章 机构自由度公式
6.1 概述
6.1.1 基于螺旋理论的 DOF公式
6.1.2 基于线性变换的 DOF公式
6.1.3 基于位移子群的 DOF公式
6.1.4 基于 POC集的 DOF公式
6.2 具有一般性的 DOF公式
6.3 DOF公式的其他应用
6.3.1 消极运动副判定准则
6.3.2 驱动副判定准则
6.3.3 独立位移方程数
6.3.4 过约束数
6.3.5 冗余度
6.4 DOF计算
6.4.1 主要步骤
6.4.2 举例
6.5 本章小结
参考文献
第7章 机构耦合度公式及其应用
7.1 概述
7.1.1 基于 AKC的机构组成原理
7.1.2 基于杆–副单元的机构组成原理
7.1.3 基于回路单元的机构组成原理
7.2 基于单开链单元的机构组成原理
7.2.1 机构组成原理
7.2.2 单开链的约束度
7.3 AKC的耦合度
7.3.1 AKC的拓扑结构分解
7.3.2 AKC的耦合度
7.3.3 举例
7.4 AKC的判定方法
7.4.1 机构的拓扑结构分解
7.4.2 AKC的判定准则
7.4.3 举例
7.5 并联机构的运动解耦
7.5.1 DOF类型
7.5.2 运动解耦的基本类型
7.5.3 基于部分 DOF的运动解耦
7.5.4 基于轴线几何约束类型的运动解耦
7.6 机构组成原理的应用
7.6.1 基于 SOC单元的拓扑分析与综合方法
7.6.2 基于 SOC单元的运动学分析方法
7.6.3 基于 SOC单元的动力学分析方法
7.7 本章小结
参考文献
第8章 串联机构结构综合的一般方法
8.1 概述
8.2 串联机构的结构综合方法
8.2.1 结构综合的基本要求
8.2.2 结构综合的一般过程
8.2.3 结构综合的主要步骤
8.2.4 举例
8.3 串联机构的结构类型
8.3.1 只含 R副与 P副的结构类型
8.3.2 结构类型的扩展
8.4 单回路机构的结构综合
8.4.1 单回路机构的分类
8.4.2 单回路机构的结构综合方法
8.4.3 单回路机构的结构类型
8.5 本章小结
参考文献
第9章 并联机构拓扑设计的系统方法
9.1 概述
9.1.1 并联机构拓扑设计的基本模式
9.1.2 并联机构拓扑设计的基本要求
9.1.3 并联机构拓扑设计的主要方法
9.2 并联机构拓扑设计的一般过程
9.3 支路的结构综合方法
9.3.1 支路结构综合的基本要求
9.3.2 简单支路的结构综合方法
9.3.3 复杂支路的结构综合方法
9.4 支路组合方案
9.4.1 支路数目
9.4.2 支路组合方案
9.5 支路组合的装配方案
9.5.1 确定支路装配几何条件的基本公式
9.5.2 支路组合的装配方案
9.5.3 检验 DOF
9.5.4 驱动副判定
9.6 结构类型的性能分析及其分类
9.6.1 并联机构的拓扑特征
9.6.2 结构类型的性能分析
9.6.3 基于拓扑特征的并联机构的分类
9.7 本章小结
参考文献
第10章 并联机器人机构拓扑设计案例 ——3T–1R并联机构拓扑设计
10.1 概述
10.2 3T–1R并联机构的拓扑设计
10.2.1 拓扑设计的基本要求
10.2.2 支路结构综合
10.2.3 支路组合方案
10.2.4 支路装配方案
10.2.5 3T–1R并联机构的结构类型
10.2.6 基于拓扑特征的结构类型的性能分析
10.2.7 基于性能分析的结构类型分类
10.3 本章小结
参考文献
第二篇 机构学新理论体系的创建与发展
第11章 学术研究之路:兴趣、探索与贡献
11.1 学术研究的初期阶段
11.1.1 疑问与兴趣——学术研究的起点
11.1.2 指导毕业设计团队
11.1.3 初试创新
11.1.4 为工农兵学员编写教材
11.1.5 渐开线高速齿轮的齿廓修形
11.2 机构学研究的突破性进展
11.2.1 背景
11.2.2 突破性进展之一
11.2.3 突破性进展之二
11.2.4 机构学研究的两个基本方向
11.3 创建基于单开链单元的平面机构学
11.3.1 背景
11.3.2 基于单开链单元的机构拓扑学
11.3.3 基于单开链单元的机构运动学
11.3.4 基于单开链单元的机构动力学
11.3.5 机构运动综合
11.3.6 机构动平衡
11.3.7 机构学的 4种理论体系
11.4 创建基于方位特征集和单开链单元的机器人机构拓扑学
11.4.1 背景
11.4.2 基于 POC集的机构拓扑学的基本架构
11.4.3 基于 POC集的机构拓扑学的核心内容
11.4.4 关于机构拓扑学的专著
11.5 创建基于单开链单元的空间机构运动学与动力学
11.5.1 背景
11.5.2 基于单开链单元的空间机构拓扑分析
11.5.3 基于单开链单元的空间机构运动学
11.5.4 基于单开链单元的空间机构动力学
11.6 学术贡献
11.6.1 创建了基于方位特征集的机器人机构拓扑学
11.6.2 创建了基于单开链单元建模的机构学理论体系
11.6.3 创建了机构动平衡的一套新方法
11.6.4 提出了机构运动综合的 3种效率较高的新方法
11.6.5 对多刚体力学的拓扑结构研究有所拓宽
11.6.6 对图论和消元法有所拓宽
第12章 学术研究之道:创建、质疑与回应
12.1 机构方位特征方程的创建、质疑与回应
12.1.1 背景
12.1.2 创建机构方位特征方程及其线性符号运算方法
12.1.3 对方位特征方程的质疑(2003)与回应
12.1.4 对方位特征方程的质疑(2010)与回应
12.2 机构 DOF公式的创建、质疑与回应
12.2.1 DOF公式的回顾
12.2.2 经典 DOF公式及对其的改进
12.2.3 创建 DOF公式
12.2.4 对 DOF公式的质疑与回应
12.3 机构耦合度公式的创建、质疑与回应
12.3.1 背景
12.3.2 创建耦合度公式与机构学新理论体系
12.3.3 对耦合度公式和组成原理的质疑与回应
12.4 机器人机构拓扑学的创建、质疑与回应
12.4.1 背景
12.4.2 机器人机构拓扑学的基本架构
12.4.3 机器人机构拓扑学的基本概念
12.4.4 基于螺旋理论的机构拓扑学及其数学方法
12.4.5 基于位移子群/子流形的机构拓扑学及其数学方法
12.4.6 基于 POC集的机构拓扑学及其数学方法
12.4.7 创建机构拓扑学的基本思想与一般过程
12.4.8 对机构拓扑学的 POC集理论的质疑与回应339
参考文献
第13章 学术研究之美:理、情与景的融合
13.1 忆吾师
13.1.1 忆吾师:白师贤先生
13.1.2 忆吾师:曹惟庆先生
13.1.3 忆吾师:黄锡恺先生
13.1.4 忆吾师:张启先先生
13.2 机构学新理论体系源于庐山之美
13.2.1 1983—1985年的国际机构学学术会议
13.2.2 1986—1988年的国际机构学学术会议
13.2.3 研究成果的发展
13.3 机构动平衡研究始于泰山夜话
13.4 现代机构拓扑学源于理与情的融合之美
13.4.1 兴趣、勤奋与机遇
13.4.2 基于 POC集和 SOC单元的机构拓扑学的基本架构
13.4.3 非逻辑思维——原始创新之源
13.4.4 灵感突现:情与理的共鸣之美
13.5 学术研究进展的哲学思考
13.5.1 关于研究方法的思考
13.5.2 “理论是灰色的,生命之树常青”
后记