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并聯機構性能分析與優化設計

包郵 并聯機構性能分析與優化設計

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： 308
本類榜單：工業技術銷量榜
中 圖 價:¥92.4(5.5折) 定價  ¥168.0 登錄后可看到會員價
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并聯機構性能分析與優化設計 版權信息

  • ISBN：9787577201429
  • 條形碼：9787577201429 ; 978-7-5772-0142-9
  • 裝幀：平裝
  • 冊數：暫無
  • 重量：暫無
  • 所屬分類：>

并聯機構性能分析與優化設計 本書特色

該書內容專業、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機構性能分析和優化設計方面的知識。

并聯機構性能分析與優化設計 內容簡介

并聯機器人具有剛度好、承載能力大、操作速度高等優點，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。并聯機器人的優化設計是其應用開發前的必要步驟。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、高效地開展并聯機器人優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，可作為并聯機器人領域工程設計和科研人員開展性能評價和尺度優化的參考和依據。

并聯機構性能分析與優化設計 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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并聯機構性能分析與優化設計 作者簡介

李秦川，中國科協九大全國代表，國家杰出青年科學基金獲得者，浙江省優秀教師，浙江省新世紀151人才工程重點資助培養人員。主要研究方向為機器人機構學，在少自由度并聯機器人構型綜合、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，授權中國發明專利17件。

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