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并聯(lián)機構性能分析與優(yōu)化設計

包郵 并聯(lián)機構性能分析與優(yōu)化設計

作者：李秦川 等
出版社：華中科技大學出版社出版時間：2023-12-01
開本： 16開 頁數(shù)： 308
中 圖 價:¥95.8(5.7折) 定價  ¥168.0 登錄后可看到會員價
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并聯(lián)機構性能分析與優(yōu)化設計 版權信息

并聯(lián)機構性能分析與優(yōu)化設計 本書特色

該書內容專業(yè)、嚴謹，同時注重實用性和可讀性，方便讀者在短時間內快速掌握并聯(lián)機構性能分析和優(yōu)化設計方面的知識。

并聯(lián)機構性能分析與優(yōu)化設計 內容簡介

并聯(lián)機器人具有剛度好、承載能力大、操作速度高等優(yōu)點，在機械加工、運動模擬、高速分揀等領域具有廣泛的應用前景。并聯(lián)機器人的優(yōu)化設計是其應用開發(fā)前的必要步驟。但是，移動和轉動運動量綱的不一致導致大部分評價指標缺乏物理意義，此外不同指標間存在非線性強耦合關系，對正確、高效地開展并聯(lián)機器人優(yōu)化設計造成極大困難。在國家自然科學基金杰出青年基金和重點項目的資助下，本書著者對以上問題進行了長期的深入研究，對各類并聯(lián)機器人性能評價指標進行了深入解析，提出了綜合考慮多設計目標的優(yōu)化設計方法與流程，并通過大量案例進行驗證。本書是著者在以上領域所取得成果的總結，可作為并聯(lián)機器人領域工程設計和科研人員開展性能評價和尺度優(yōu)化的參考和依據(jù)。

并聯(lián)機構性能分析與優(yōu)化設計 目錄

1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 Research Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Performance Evaluation Indices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.1 Workspaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.2 Kinematic Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2.3 Stiffness Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.2.4 Dynamic Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3 Optimization Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.3.1 Traditional Optimization Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.3.2 Intelligent Optimization Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.3.3 Ways to Improve Optimization Algorithms . . . . . . . . . . . 26 1.4 Multi-Objective Optimization Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.4.1 Comprehensive Objective Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.4.2 Pareto Frontier Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.4.3 PCA Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 1.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2 Kinematic Performance Analysis and Optimization of Parallel Manipulators Without Actuation Redundancy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.1 Basics of Screw Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.2 Condition Number Indices and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.2.1 Condition Number Indices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.2.2 Example 1: 6PSS PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.2.3 Example 2: 2-(PRR)2RH PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.2.4 Example 3: 2PRS-PRRU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 2.3 Motion/Force Transmission Indices and Applications . . . . . . . . . . 65 2.3.1 Motion/Force Transmission Indices . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 2.3.2 Example 1: 6PSS PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 2.3.3 Example 2: 2PUR-PRU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 2.3.4 Example 3: 2PUR-PSR PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 2.4 Motion/Force Constraint Indices and Applications . . . . . . . . . . . . 84 2.4.1 Motion/Force Constraint Indices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 2.4.2 Example 1: 2PUR-PRU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 2.4.3 Example 2: 2PUR-PSR PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 2.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 3 Motion/Force Transmission Performance Analysis and Optimization of Parallel Manipulators with Actuation Redundancy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 3.1 Motion/Force Transmission Indices of Parallel Manipulators with Actuation Redundancy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 3.2 Example 1: 6PSS-UPS PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 3.3 Example 2: 2UPR-2PRU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 3.4 Example 3: 2PUR-2PRU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 3.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 4 Motion/Force Constraint Performance Analysis and Optimization of Overconstrained Parallel Manipulators with Actuation Redundancy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 4.1 Motion/Force Constraint Indices of Overconstrained Parallel Manipulators with Actuation Redundancy . . . . . . . . . . . . 132 4.2 Example 1: 2UPR-2PRU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 4.3 Example 2: 2PUR-2PRU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 4.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 5 Elastostatic Stiffness Evaluation and Optimization of Parallel Manipulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 5.1 Stiffness Performance Evaluation Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 5.2 Example: 2UPR-RPU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 5.2.1 Stiffness Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 5.2.2 Stiffness Performance Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 5.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 6 A Methodology for Optimal Stiffness Design of Parallel Manipulators Based on the Characteristic Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 6.1 Methodology for the Optimal Stiffness Performance Design of PMs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 6.2 Example 1: Optimal Stiffness Performance Design of the 2UPR-RPU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 6.3 Example 2: Optimal Stiffness Performance Design of the 2PRU-PSR PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 6.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 7 Multi-objective Optimization of Parallel Manipulators Using Game Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 7.1 Multi-objective Optimization Game Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . 177 7.2 Example: 2UPR-RPU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 7.2.1 Regular Workspace Volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 7.2.2 Motion/Force Transmissibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 7.2.3 Stiffness Performance Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 7.2.4 Multi-objective Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 7.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 8 Hybrid Algorithm for Multi-objective Optimization Design of Parallel Manipulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 8.1 Hybrid Algorithm and GPR-Based Mapping Modeling . . . . . . . . 206 8.1.1 Procedure of the Hybrid Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 8.1.2 GPR-Based Mapping Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 8.2 Example: 2PRU-UPR PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 8.2.1 Kinematic Performance Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 8.2.2 Stiffness Performance Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 8.2.3 Elastodynamic Performance Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 8.2.4 Regular Workspace Volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 8.2.5 Multi-objective Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 8.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 9 Sensitivity Analysis and Multi-objective Optimization Design of Parallel Manipulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 9.1 Sensitivity Analysis and Multi-objective Optimization Design Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 9.1.1 Response Surface Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 9.1.2 Sensitivity Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 9.1.3 Multi-objective Optimization Design of PMs . . . . . . . . . 236 9.2 Example: Delta PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 9.2.1 Workspace Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 9.2.2 Kinematic Performance Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 9.2.3 Dynamic Performance Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 9.2.4 Sensitivity Analysis and Multi-objective Optimization Design of Delta PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 9.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 10 Multi-objective Optimization Design of Parallel Manipulators Based on the Principal Component Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 10.1 Multi-objective Optimization of PMs Based on the Principal Component Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 10.2 Example 1: 3RPS PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 10.2.1 Performance Indices of the 3RPS PM . . . . . . . . . . . . . . . . 260 10.2.2 Multi-objective Optimization Design of the 3RPS PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 10.3 Example 2: 6PSS PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 10.3.1 Performance Indices of the 6PSS PM . . . . . . . . . . . . . . . . 268 10.3.2 Multi-objective Optimization Design of the 6PSS PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 10.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 11 Multi-objective Optimization Design of Parallel Manipulators Based on the Intelligent-Direct Search Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . 287 11.1 Intelligent-Direct Search Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 11.1.1 Introduction of Pareto Front . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 11.1.2 Procedure of the Intelligent-Direct Search Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 11.2 Example: 2UPR-RPU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 11.2.1 Performance Indices of the 2UPR-RPU PM . . . . . . . . . . 290 11.2.2 Multi-objective Optimization Design of the 2UPR-RPU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 11.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
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并聯(lián)機構性能分析與優(yōu)化設計 作者簡介

李秦川，中國科協(xié)九大全國代表，國家杰出青年科學基金獲得者，浙江省優(yōu)秀教師，浙江省新世紀151人才工程重點資助培養(yǎng)人員。主要研究方向為機器人機構學，在少自由度并聯(lián)機器人構型綜合、拓撲性能評價和自由度分析等方向形成特色，主持國家和省部級科研項目9項，發(fā)表論文40余篇，其中SCI論文16篇，SCI他引300余次，出版Springer專著1部，授權中國發(fā)明專利17件。

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