了得網工業技術_串並聯機構耦合分析與控制

編輯推薦

隨著機器人技術的不斷成熟與完善，精度依舊是評價多自由度混聯機構的重要指標，也是多自由度混聯機構在高端機械領域能否被應用的性能指標。由於串並聯機構在運動過程中踫撞和磨損導致運動副產生徑向間隙，且並聯機構存在耦合特性，導致無法清晰分析五自由度串並聯機構在運動過程中產生誤差的本質。而市面上的書籍尚未很好的闡述串並聯機構耦合機理及控制。基於此，開發本書。本書以五自由度串並聯機構為背景，對五自由度串並聯機構中耦合誤差的問題展開研究，包括：（1）串並聯機構構型綜合；（2）串並聯機構運動學建模；（3）串並聯機構耦合誤差建模；（4）串並聯機構機電耦合建模；（5）串並聯機構耦合控制；（6）串並聯機構實驗研究。本書適合從事機構學、機器人學研究的工程技術人員與高等院校相關專業的師生參考閱讀。

內容簡介

本書繫統介紹了串並聯機構耦合分析與控制的主要技術，內容包括對串並聯機構構型綜合耦合分析、運動學耦合分析、耦合誤差分析、機電耦合分析及耦合控制，最後，從多個角度對串並聯機構在工程實際中的應用進行了實驗驗證。本書可供從事串並聯機構和機器人控制相關研究的科研人員和工程技術人員閱讀參考，也可作為相關專業的研究生或高年級本科生的教材使用。

作者簡介

姚禹，女，博士研究生，長春工業大學副教授。主持國家自然科學基金青年基金項目1項，吉林省科技廳項目1項，吉林省教育廳項目2項，參與國家及省級項目7項。發表期刊論文20餘篇，其中以一作或通訊作者發表SCI收錄7篇(2區論文1篇，3區論文1篇)，EI收錄6篇。ISATransactions(SCI2區)、自動化學報(EI)等期刊審稿人。獲得吉林省自然科學學術成果獎二等獎(一完成人)。獲吉林省教學成果獎二等獎1項，校一等獎1項。獲得2019年吉林省吉林青年工匠提名人選。

第1章緒論 0011.1 串並聯機構發展綜述 0011.1.1 串聯機構發展現狀分析 0011.1.2 並聯機構發展現狀分析 0021.1.3 串並聯機構發展現狀分析 0021.2 串並聯機構耦合分析與控制發展綜述 0031.2.1 串並聯機構構型耦合發展現狀分析 0031.2.2 串並聯機構運動學耦合發展現狀分析 0041.2.3 串並聯機構耦合誤差發展現狀分析 0051.2.4 串並聯機構耦合控制發展現狀分析 0071.3 串並聯機構應用發展綜述 0091.4 本書的結構安排 012第2章串並聯機構構型綜合耦合分析 0142.1 概述 0142.2 串並聯構型理論基礎分析 0142.2.1 單分析 0142.2.2 方位特征集分析 0192.3 串並聯機構設計 0202.3.1 並聯機構設計 0212.3.2 串聯機構設計 0242.4 本章小結 025 第3章串並聯機構運動學耦合分析 0263.1 概述 0263.2 並聯機構關節坐標繫的建立 0263.3 位置正解分析 0273.3.1 並聯機構正解 0273.3.2 串聯機構正解 0293.3.3 串並聯機構位置正解 0303.4 位置逆解分析 0303.4.1 串聯機構逆解 0303.4.2 並聯機構逆解 0313.4.3 串並聯機構位置逆解 0323.5 並聯機構速度分析 0333.6 串並聯機構末端速度分析 0343.7 串並聯機構運動仿真分析 0363.8 本章小結 041第4章串並聯機構耦合誤差分析 0424.1 概述 0424.2 並聯機構耦合誤差建模 0424.2.1 並聯機構支鏈運動誤差模型 0424.2.2 並聯機構耦合誤差模型 0464.3 串聯機構誤差模型 0474.4 串並聯機構耦合誤差模型 0484.5 串並聯機構耦合誤差仿真分析 0484.5.1 並聯機構耦合誤差仿真分析 0484.5.2 串並聯機構軌跡耦合誤差分析 058 4.6 本章小結 067第5章串並聯機構機電耦合分析 0685.1 概述 0685.2 復雜機電繫統機電耦合問題的提出及分析 0685.2.1 串並聯機構全局機電耦合分析 0695.2.2 串並聯機構電動機局部機電耦合分析 0705.2.3 串並聯機構機電耦合參數提取 0735.3 串並聯機構機電耦合建模 0745.3.1 串並聯機構電動機的建模 0755.3.2 串並聯機構傳動繫統建模 0775.3.3 串並聯機構機電耦合數學模型 0785.4 串並聯機構控制器的設計 0795.4.1 串並聯機構電流環控制器的設計 0795.4.2 串並聯機構速度環控制器的設計 0815.4.3 串並聯機構控制繫統位置環控制器的設計 0835.5 串並聯機構機電耦合模型仿真分析 0845.5.1 耦合對控制器參數影響的仿真分析 0875.5.2 擾動對串並聯機構繫統性能影響的仿真分析 0905.6 本章小結 092第6章串並聯機構耦合控制 0946.1 概述 0946.2 串並聯機構擴展卡爾曼濾波算法設計 0946.2.1 卡爾曼濾波算法的引入 0956.2.2 串並聯機構擴展卡爾曼濾波設計 0976.2.3 仿真性能分析 099 6.3 串並聯機構強跟蹤濾波算法設計 1016.3.1 強跟蹤濾波算法的引入 1016.3.2 串並聯機構強跟蹤濾波設計 1026.3.3 性能仿真分析 1046.4 串並聯機構新型強跟蹤濾波算法設計 1066.4.1 強跟蹤濾波算法機理分析及存在的問題 1066.4.2 對稱強跟蹤濾波算法的提出 1066.4.3 具有誤差因子的改進強跟蹤濾波算法的提出 1076.4.4 仿真性能分析 1096.5 本章小結 112第7章串並聯機構耦合分析與控制實驗 1137.1 概述 1137.2 串並聯機構耦合誤差實驗 1137.2.1 實驗平臺搭建 1137.2.2 串並聯機構末端位置誤差實驗 1167.3 串並聯機床耦合控制實驗 1207.3.1 串並聯數控機床加工實驗平臺 1207.3.2 串並聯數控機床加工精度實驗 1237.3.3 串並聯數控機床表面精度實驗 1267.4 本章小結 128參考文獻 130

前言

串並聯機構既具有並聯機構的構型緊湊、剛度大、承載力強等優點，又具有串聯機構的工作空間大、靈活性高等優點，同時，串並聯機構還可以與仿生學、神經科學、腦科學以及互聯網技術相結合。因此，串並聯機構得到快速發展，在醫療、高精度加工、焊接、噴塗和組裝等領域均有廣泛的應用，對促進國民經濟高效發展、改善人民生活水平有重要作用。串並聯機構是一個非線性、多變量的控制對像，其精度及穩定性控制要求較高。國內外相關學者和專家對串並聯機構從構型、機電控制等方面進行了深入的研究，並取得了一定的研究成果，為串並聯機構的應用奠定了基礎。然而，工作環境的復雜性和實現功能的特殊性，對串並聯機構提出了更高的要求。本書以串並聯機構為研究對像，從串並聯機構構型綜合耦合、運動學耦合、耦合誤差、機電耦合等方面進行分析，提出基於改進強跟蹤濾波的串並聯機構耦合控制方法，並從多個角度對串並聯機構在工程實際中的應用進行了實驗，驗證所提方法的有效性，為高精度串並聯機構精確控制提供了新方法和新思路。全書由姚禹、張邦成、蔡赟、王亞閣合作完成，第1章由王亞閣完成，第2章由蔡赟完成，第3章由張邦成完成，第4～6章由姚禹完成，第7章由蔡赟、姚禹共同完成。本書在寫作過程中，得到了長春工業大學高智副教授、尹曉靜講師、龐在祥副教授等的幫助和指導，在本書出版之際謹向他們表示衷心的感謝！本書相關的研究工作得到國家自然科學基金項目（51705032）、吉林省科技廳中青年科技創新領軍人纔及團隊項目（20200301038RQ）、吉林省科技廳自然科學基金項目（20220101131JC）、吉林省教育廳項目（JJKH20220673KJ）的資助。限於作者水平，書中難免有不足之處，懇請讀者及相關專家批評指教。著者

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