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并聯(lián)機(jī)構(gòu)性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)
作者：李秦川 等
開(kāi)本：
16開(kāi)
頁(yè)數(shù)：
308
本類(lèi)榜單：工業(yè)技術(shù)銷(xiāo)量榜
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并聯(lián)機(jī)構(gòu)性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì) 版權(quán)信息
- ISBN：9787577201429
- 條形碼：9787577201429 ; 978-7-5772-0142-9
- 裝幀：平裝
- 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
- 重量：暫無(wú)
- 所屬分類(lèi)：>
并聯(lián)機(jī)構(gòu)性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì) 本書(shū)特色
該書(shū)內(nèi)容專(zhuān)業(yè)、嚴(yán)謹(jǐn)，同時(shí)注重實(shí)用性和可讀性，方便讀者在短時(shí)間內(nèi)快速掌握并聯(lián)機(jī)構(gòu)性能分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。
并聯(lián)機(jī)構(gòu)性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì) 內(nèi)容簡(jiǎn)介
并聯(lián)機(jī)器人具有剛度好、承載能力大、操作速度高等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械加工、運(yùn)動(dòng)模擬、高速分揀等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。并聯(lián)機(jī)器人的優(yōu)化設(shè)計(jì)是其應(yīng)用開(kāi)發(fā)前的必要步驟。但是，移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)量綱的不一致導(dǎo)致大部分評(píng)價(jià)指標(biāo)缺乏物理意義，此外不同指標(biāo)間存在非線性強(qiáng)耦合關(guān)系，對(duì)正確、高效地開(kāi)展并聯(lián)機(jī)器人優(yōu)化設(shè)計(jì)造成極大困難。在國(guó)家自然科學(xué)基金杰出青年基金和重點(diǎn)項(xiàng)目的資助下，本書(shū)著者對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行了長(zhǎng)期的深入研究，對(duì)各類(lèi)并聯(lián)機(jī)器人性能評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了深入解析，提出了綜合考慮多設(shè)計(jì)目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與流程，并通過(guò)大量案例進(jìn)行驗(yàn)證。本書(shū)是著者在以上領(lǐng)域所取得成果的總結(jié)，可作為并聯(lián)機(jī)器人領(lǐng)域工程設(shè)計(jì)和科研人員開(kāi)展性能評(píng)價(jià)和尺度優(yōu)化的參考和依據(jù)。
并聯(lián)機(jī)構(gòu)性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì) 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
展開(kāi)全部
并聯(lián)機(jī)構(gòu)性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì) 作者簡(jiǎn)介
李秦川，中國(guó)科協(xié)九大全國(guó)代表，國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者，浙江省優(yōu)秀教師，浙江省新世紀(jì)151人才工程重點(diǎn)資助培養(yǎng)人員。主要研究方向?yàn)闄C(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)，在少自由度并聯(lián)機(jī)器人構(gòu)型綜合、拓?fù)湫阅茉u(píng)價(jià)和自由度分析等方向形成特色，主持國(guó)家和省部級(jí)科研項(xiàng)目9項(xiàng)，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(zhuān)著1部，授權(quán)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利17件。
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