本书介绍面向任务的变胞机构系统动态性能设计理论与方法，基于变胞机构的优点，以自动化生产线中码垛机器人为应用背景，将面向任务的变胞机构运动学、尺度优化、轨迹规划、动力学、动态稳定性、可靠性等方面的研究进行有机整合。全书共8章，主要涉及变胞机器人机构设计与尺度优化、变胞机器人轨迹规划、变胞机构系统动力学建模与模型解析、变胞机构系统动态稳定性分析、变胞机构系统可靠性分析、变胞式码垛机器人性能分析试验等内容。

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任广西机械工程学会机械设计与传动分会理事长

目录
序
前言
主要符号表
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 变胞机构设计与尺度优化研究概况 1
1.3 变胞机构轨迹规划研究概况 2
1.4 变胞机构动态性能研究概况 4
1.5 变胞机构可靠性研究概况 5
1.6 本书主要内容 7
第2章 变胞机器人机构设计与尺度优化 8
2.1 构型选择与分析 8
2.1.1 机构构型选择 8
2.1.2 机构构型分析 10
2.2 运动分析 12
2.2.1 二自由度构态正运动分析 12
2.2.2 一自由度构态正运动分析 13
2.2.3 逆运动分析 14
2.3 奇异性分析 14
2.3.1 二自由度构态奇异位形分析 15
2.3.2 不出现奇异位形的尺度情况分析 18
2.4 工作空间分析 19
2.4.1 A-B-F支链工作空间 19
2.4.2 加入E-D-C支链后的工作空间 20
2.4.3 二自由度构态工作空间内的奇异曲线 21
2.4.4 一自由度构态时的工作空间 23
2.5 尺度优化方法 24
2.6 尺度优化实例分析 28
2.7 机器人样机模型 33
第3章 变胞机器人轨迹规划 36
3.1 轨迹规划总体分析 36
3.1.1 工作轨迹模型 36
3.1.2 变胞式码垛机器人轨迹规划特点 37
3.1.3 优化辅助路径点与优化驱动函数的关系 39
3.2 轨迹规划模型 40
3.2.1 确定设计变量 40
3.2.2 建立目标函数 42
3.2.3 确定约束条件 45
3.3 优化问题求解方法 48
3.3.1 驱动函数的解析求解方法 48
3.3.2 驱动函数的数值求解算法 51
3.4 新型变胞工作路径 53
3.4.1 空间坐标系建模 53
3.4.2 输入端驱动力矩 55
3.4.3 机器人使用工况描述 57
3.4.4 新型变胞工作路径的建立 59
3.5 实际工况下的轨迹规划模型参数 63
3.5.1 设计变量 63
3.5.2 目标函数 64
3.5.3 约束条件 65
3.6 驱动函数 66
3.6.1 构态变换过程关节驱动函数的确定 67
3.6.2 多项式插值曲线阶数的确定 70
3.6.3 底座及抓手关节驱动函数的确定 72
3.7 轨迹规划实例分析 74
3.7.1 工况一理论求解 74
3.7.2 工况二理论求解 81
第4章 变胞机构系统动力学建模 88
4.1 三维空间梁单元的形函数与坐标转换 88
4.2 三维空间梁单元的动能与势能 90
4.3 弹性动力学建模 93
第5章 变胞机构系统动力学模型解析 98
5.1 动力学模型的局部解耦 98
5.2 改进的L-P法 100
5.3 动力学模型的初值解 104
5.4 动力学模型的终值解 105
5.5 动力学模型解析实例分析 106
第6章 变胞机构系统动态稳定性分析 110
6.1 机构系统动态稳定性状态的定义 110
6.2 李雅普诺夫指数计算方法 111
6.2.1 李雅普诺夫指数 111
6.2.2 机构系统动态稳定性的度量指标 112
6.2.3 机构系统相空间重构 113
6.2.4 采用C-C法计算相关参数 114
6.2.5 采用Wolf法计算最大李雅普诺夫指数 116
6.3 动态稳定性实例分析 118
第7章 变胞机构系统可靠性分析 121
7.1 不确定变量的状态空间 121
7.2 运动可靠性分析 123
7.2.1 运动可靠性的计算方法 123
7.2.2 运动可靠性的优化方法 126
7.3 运动可靠性实例分析 128
7.3.1 失效函数 128
7.3.2 可靠度计算 131
7.3.3 优化计算 133
7.4 基于动态响应区间的构态变换可靠性分析 134
7.4.1 构态变换失效模式 134
7.4.2 基于动态响应区间的可靠度计算 136
7.5 构态变换动态可靠性实例分析 142
7.5.1 验算算法 142
7.5.2 计算结果 145
7.6 多失效模式动态可靠性分析 146
7.6.1 多失效模式动态可靠性计算方法 146
7.6.2 多失效模式动态可靠性优化方法 150
7.6.3 考虑共振时的动态可靠性分析 151
7.7 多失效模式动态可靠性实例分析 154
7.7.1 多失效模式动态可靠性模型 154
7.7.2 动态可靠性计算 157
7.7.3 动态可靠性优化 158
7.7.4 考虑共振时的可靠性分析与优化 160
第8章 变胞式码垛机器人性能分析试验 162
8.1 控制系统的硬件实现方法 163
8.1.1 机器人样机结构 163
8.1.2 控制系统硬件整体方案 164
8.1.3 光电开关的布置及应用 165
8.1.4 变胞动作的硬件实现策略 167
8.2 控制系统的软件实现方法 169
8.2.1 功能需求分析 169
8.2.2 软件模块划分及实现方法 170
8.2.3 软件界面设计 174
8.2.4 新型变胞工作路径的实现方法 174
8.3 试验验证 178
8.3.1 轨迹规划试验 178
8.3.2 动态响应的试验验证 189
8.3.3 构态变换动态可靠性分析的试验验证 190
8.3.4 多失效模式动态可靠性分析的试验验证 192
参考文献 195